Dynamic nature of active galactic nucleus torus revealed by multi-phase gas observations

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14531
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: Izumi Takuma 国立天文台, アルマプロジェクト, 助教 (40792932)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 活動銀河中心核 / AGN / 星間物質 / 超巨大ブラックホール / ALMA

Outline of Final Research Achievements

We used ALMA to investigate multiphase gas distributions and dynamics around the supermassive black hole of the nearby Circinus galaxy. We observed all phase gases, i.e., dense/medium-density molecular gas, low-density atomic gas, and low-density ionized gas, all at parsec-resolution. We found a parsec-scale dense molecular inflow toward the central supermassive black hole for the first time. We also discovered multiphase (but atomic-dominant) outflows from the active nucleus. Some fraction of the outflows are low velocity, hence will fall back to the dense molecular disk to refill the accretion flow as well as to induce turbulence to maintain the geometrical thickness of the torus. These multiphase, multidynamic structures are revealed for the first time ever, making this program a milestone achievement of the research field of the supermassive black hole growth.

Free Research Field

電波天文学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多くの大質量銀河の中心には、質量が太陽の数百万倍から数十億倍にも達する超巨大ブラックホールが存在するが、いったいどうやってその巨大質量を獲得するに至ったのかは未解明である。理論的に考えられる重要な成長機構はブラックホールへのガス降着であるが、その具体的な物理は銀河中心部の数十光年以内の小スケールでは不明であった。本研究成果は、ALMAの超高解像度観測から、その銀河中心領域でのブラックホールへの降着流を特定し、さらにそれを駆動する機構がガス円盤の重力不安定にあることを突き止めた。また、多相ガスの噴出流も詳細に観測しており、ブラックホール周辺の物質循環を網羅的に解明した記念碑的成果となった。