Ｘ線・可視光で探る活動銀河核電離領域ガスの化学組成の研究

利用X射线和可见光研究活动星系核电离区气体的化学成分

基本信息

批准号：
12J10755
负责人：
鮫島寛明
金额：
$ 2.32万
依托单位：
Japan Aerospace Exploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

宇宙に存在する金属の起源は、星が寿命を終えて超新星爆発を起こした際にばらまかれたものである。従って宇宙初期から現在に至るまでの金属の変化、すなわち化学進化を知ることで星の形成史に迫ることができる。特に宇宙初期の化学進化の情報は、宇宙で最初に星が生まれた時期を探る上で極めて重要である。遠方にあっても明るく、スペクトルに金属由来の輝線・吸収線が多く見られる活動銀河核は宇宙初期の化学進化を探るのに最も適した天体であるが、そのスペクトルから化学組成を導出する方法が確立されていない点が最大の課題となり、長らく大きな進展はない状況であった。スペクトルから化学組成を導出する方法を確立すべく、私は活動銀河核可視光スペクトルの最大のデータベースであるスローン・デジタル・スカイサーベイ (SDSS) から明るい活動銀河核であるクェーサー約17,000天体分のスペクトルを解析し、鉄とマグネシウムの輝線強度の測定を行った。その結果、これらの輝線強度は輻射場の強さを表すエディントン比というパラメータに強く依存していることを発見した。次にその原因を探るべく、天文学研究で広く使われている光電離コード Cloudy で輻射のシミュレーションを行った。最近の研究から示唆されるX線強度や活動銀河核ガスのパラメータへの制限を考慮して可能な範囲で網羅的に調査した結果、エディントン比に応じてガス密度が変化し、それによって輝線強度が大きく変化していることを明らかにした。これは、従来化学組成の指標とされていた輝線強度比がガス密度に大きく依存していることを示唆する重大な結果である。さらにガス密度依存性を補正することで、輝線強度比から信頼性のある化学組成の導出法を考案することに世界で初めて成功した。これは活動銀河核による化学進化研究では画期的なものであり、今後の宇宙化学進化研究にとっての大きな礎を築くことができた。

宇宙中的金属源自恒星，它们在生命结束时爆炸为超新星。因此，通过了解金属从早期宇宙到现在的变化，即化学演化，我们可以深入了解恒星形成的历史。特别是，有关早期宇宙化学演化的信息对于研究第一批恒星在宇宙中诞生的时间极其重要。活跃星系核即使在远处也是明亮的，并且在其光谱中具有许多金属发射和吸收线，是研究早期宇宙化学演化的最合适的物体，但是有一种方法可以从它们的化学成分中推导出它们的化学成分。最大的问题是这个体系还没有建立起来，而且很长一段时间都没有重大进展。为了建立一种从光谱中推导出化学成分的方法，我从斯隆数字巡天（SDSS）（最大的活动星系核可见光谱数据库）中收集了大约 17,000 个类星体（明亮的活动星系核）的光谱。进行了分析并测量了铁和镁的发射线强度。结果，我们发现这些发射线的强度很大程度上取决于一个称为爱丁顿比的参数，该参数代表辐射场的强度。接下来，为了找到原因，我们使用在天文研究中广泛使用的光电离代码 Cloudy 进行了辐射模拟。经过尽可能全面的调查，考虑到最近研究提出的X射线强度的局限性以及活跃星系核气体的参数，我们发现气体密度根据爱丁顿比而变化，并且发射线强度显示发生了重大变化。这是一个重要的结果，表明传统上用作化学成分指标的发射线强度比高度依赖于气体密度。此外，通过校正气体密度依赖性，他们在世界上首次成功设计出一种从发射线强度比导出化学成分的可靠方法。这是利用活跃星系核研究化学演化的突破，为未来研究宇宙化学演化奠定了基础。