Infrared probing into particle acceleration by magnetic turbulence associated with astrophysical jets from active galactic nuclei

红外探测与来自活动星系核的天体物理射流相关的磁湍流引起的粒子加速

• 批准号: 21K03635
• 负责人: 磯部 直樹
• 金额: $ 2.41万
• 依托单位: Japan Aerospace EXploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03635/
• 关键词: 活動銀河中心核; 宇宙ジェット; 粒子加速; 乱流; 赤外線観測; サブミリ波観測; ホットスポット; 磁気乱流; 赤外線天文学; 活動銀河核

本研究では、活動銀河中心核から噴出する宇宙ジェットによって生じる乱流による粒子加速の証拠を、赤外線・サブミリ波による観測でとらえることを目的としている。ジェットは宇宙最大の粒子加速器の一つであり、標準的な描像ではジェットによって生じる衝撃波が支配的な粒子加速機構だと考えられている。一方で、ジェットや衝撃波に伴って発生する乱流が、効率的な加速機構として機能することが理論的に予言されているが、その観測的な証拠は得られていない。本研究では、乱流によって生じる粒子のスペクトルが衝撃波加速よりもハードな点に着目し、乱流加速による粒子のシンクロトロン放射強度が赤外線やサブミリ波の帯域において衝撃波によるシンクロトロン放射強度を上回ると考えた。そこで、これまでジェットの研究ではあまり活用されてこなかった、赤外線やサブミリ波の観測によって、乱流加速の証拠の探査を進めている。これまでの研究により、電波銀河Pictor Aのジェット終端衝撃波である西側ホットスポットの赤外線スペクトルに、乱流加速の証拠とみられる超過成分を発見した。一方で、電波銀河Cygnus Aの東側ホットスポットからは、そのような兆候を観測することはできなかった。本年度はこれらの成果を、国際研究会で幅広く報告し、成果の普及に努めた。また、Pictor Aの西側ホットスポットについては、アルマ望遠鏡アタカマ・コンパクトアレイによる観測が実施され、この天体から405 GHzのサブミリ波放射の検出に初めて成功した。この結果をもとに、Pictor Aの西ホットスポット内の乱流加速に関連する物理量の修正を行った。その結果は、すでに国際研究会で速報するとともに、投稿論文にまとめつつある。

这项研究的目的是利用红外和亚毫米波观测来获得由于活跃星系核喷射的宇宙喷流产生的湍流而导致粒子加速的证据。喷流是宇宙中最大的粒子加速器之一，标准的情况是喷流产生的冲击波是主要的粒子加速机制。另一方面，理论上预测射流和冲击波产生的湍流可以作为一种有效的加速机制，但尚未获得观测证据。在这项研究中，我们关注的是湍流产生的粒子光谱比我认为的冲击波加速产生的粒子光谱更难。因此，我们正在通过观测红外波和亚毫米波来寻找湍流加速的证据，而这些波在喷气研究中还没有被广泛使用。此前的研究发现，西部热点的红外光谱中存在多余的成分，即射电星系Pictor A的射流终止冲击波，这似乎是湍流加速的证据。另一方面，从射电星系天鹅座 A 的东部热点地区无法观察到这样的特征。今年，我们在国际研究小组中广泛报告了这些结果，并努力传播它们。还使用ALMA阿塔卡马紧凑阵列对Pictor A的西部热点进行了观测，并首次成功从该天体探测到405 GHz的亚毫米辐射。在此基础上，我们修改了Pictor A西部热点地区湍流加速相关的物理量。研究结果已在国际研究会议上报告，并正在汇编成提交的论文。

项目成果

Importance of far-infrared observations for investigation into particle acceleration process in hot spots of radio galaxies.

远红外观测对于研究射电星系热点粒子加速过程的重要性。

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoki Isobe

IAU GA 2022, Focus Meeting 1, Physics of relativistic jets on all scales

IAU GA 2022，焦点会议 1，所有尺度的相对论性喷流物理学

• 发表时间: 2022

Black hole astrophysics with VLBI 2023

黑洞天体物理学与 VLBI 2023

• 发表时间: 2023

Far-infrared study of particle acceleration in hot spots of FR-II radio galaxies

FR-II 射电星系热点粒子加速的远红外研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Naoki Isobe;Yuji Sunada;Motoki Kino;Makoto S. Tashiro;Hiroshi Nagai;Shunsuke Baba;Takao Nakagawa
• 通讯作者: Takao Nakagawa

ALMA investigation into the west hot spot of Pictor A

ALMA对Pictor A西部热点地区进行调查

• 发表时间: 2023
• 作者: 川下紗奈;増井翔;山崎康正;知念翼;米山翔;抱江柊利;野曽原千晟;孫赫陽;長谷川豊;大西利和;小川英夫;小嶋崇文;Naoki Isobe
• 通讯作者: Naoki Isobe