Transcript 巨大ブラックホールと銀河の共進化

巨大ブラックホールと
銀河の共進化
ー宇宙進化学の完成を目指してー
谷口 義明
愛媛大学
宇宙進化研究センター
銀河とブラックホールの共進化とは？
M● ~ 0.001 - 0.002 M○
マゴリアン関係
(太陽質量)
ブ 10億
ラ
ッ
ク
ホ 100万
｜
ル
質
量
0
大質量銀河
天の川銀河
 ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ形成
銀河バルジの質量
(Marconi & Hunt 2003, ApJ, 589, 2L21)
共進化は面白いのか?
Yes !
共進化の面白さ
10桁に及ぶ空間スケールの物理的進化
1012 cm
アンドロメダ銀河
1022 cm
多階層理論と連結数値計算法で克服
4
共進化の面白さ
137億年に及ぶ物理的進化
赤方偏移 z ～ 30
初代星
共進化
初代ﾌﾞﾗｯｸﾎｰﾙ
137億年の歴史
多波長観測と多階層理論の融合で克服
5
共進化はいつ始まったか?
z ～ 30 ?
M(DM) = 106 Msun
M(baryon) =105 Msun
M(PopIII) = 103 Msun
2
M● = 10 Msun
M●/M(baryon) = 0.001
Possible Model for Formation of SMBH
(Taniguchi 2004, PTPS, 155, 205)
●
Pop III-driven IMBH
M● ~ 100 Msun @ z ~ 30
●
ΔT ~ 0.6 Gyr (z: 30  10 )
τ(acc)
~ 0.4 Gyr
●
τ(fric)
~ 1 Gyr
Major merger-driven SMBH
M● ~ 109 Msun @ z ~3‐6
Maggorian Relation started
●
●
●
Gas accretion-driven SMBH
M● ~ 107 Msun @ z ~10
ΔT ~ 1.7 Gyr (z: 10  3 )
●
●
●
共進化は面白いのか?
Yes !
DECIGOから見ても
面白いのか?
Ummm．．．
BH共進化研究会＠筑波大学（2010年2月）
http://www.ccs.tsukuba.ac.jp/Astro/Workshop/Coevolution10/program.html
Super Massive Binary
Observational Evidence?
1. Periodic Luminosity Variation
2. Wiggling of Radio Jets
3. Double BLRs
4. Orbital Motion
[1] 光度の周期的変動
Super massive binary ?
ガス円盤の周期的な不安定性 ?
活動銀河OJ 287 の11年周期のバースト
（Sillanpaa et al. 1988, ApJ, 325, 628)
Proposed Orbital Motion of SMB in OJ 287
(Valtonen+06, ApJ, 646, 36)
Periodic luminosity variation
in 3C 273
3C 273は
合体銀河である
[2] 電波ジェットの蛇行
歳差運動 ?
ジェットの出る場所が変化 ?
活動銀河4C 73.18 の電波ジェットの蛇行
(Roos et al. 1993, ApJ, 409, 130 )
[3] Double BLRs
Super massive binary ?
Disk Line ?
Hβ
SDSS J1536+441のDouble BLRs
(Boroson & Lauer 09, Nature, 458, 53;
Gaskell 09, Nature, 463, 81)
[4] Orbital Motion
Supermassive Binary in 3C 66B
(Sudou+03, Science, 300, 1263)
1光年
10万光年
(NRAO)
Orbital Motion of
Supermassive Binary in 3C 66B
(Sudou+03, Science, 300, 1263)
赤
緯
電波ジェット
[
ミ
リ
秒
角
1
5
2
6
]
0.1 光年
10 光年
4
3
電波ジェットの根元
赤径 [ミリ秒角]
電波ジェット
巨大ブラックホール
降着円盤
全てのAGNは銀河の合体でできた?
Major (wet) Merger
Ultraluminous starburst
 Quasars
（Sanders+88, ApJ, 325, 74)
Minor (wet) Merger
Nuclear starburst
 Seyferts
（Taniguchi & Wada 96, ApJ, 469, 581
Taniguchi 99, ApJ, 524, 65)
銀河の合体は何を意味するか?
効率的なガス降着?
or
Super Massive Binaryの形成?
Dead Quasar Problem
SMBHは太る一方だが、
クェーサーは近傍宇宙にない
（Rees 90, Science 247, 817 )
自然に止まるエンジンがよい
The GRAZER Engine
Gas accretion ?
No !
ガス降着は
あるだろう
What accretes ?
nd
2
SMBH
Total Power of GRAZER
M●,1 = 109 Msun
M●,2 = 108 Msun
Pgrazer = M●,2 c2 ~ 1062 erg
Pradio jet ~ 1060 erg
~ 0.01 Egrazer
楽勝!
Membrane Paradigm
(Thorne+86)
点電荷
導体球
BH
BHは電気伝導体
BH Grazer
合体してきた銀河の
中心核にあったBH
B
Grazing Orbit
Simple View of GRAZER
Electric Dipole Emission
Ldipole ~
46
10
erg
-1
s
B = 104 G
M●,1 + M●,2 =109 Msun
When grazing
i.e., a1+a2=l1+l2
GRAZERで何が起こるか?
・2つの導体球 (BH) が磁場の中を公転運動する
・強い低周波ダイポール放射の発生
・ダイポール電場による相対論的電子の生成
・相対論的電子による逆コンプトン散乱で
光子は対生成エネルギーを得る
・ペアプラズマはBHバイナリのロッシェローブを満たす
・ペアプラズマは電気回路を作り、ジェットを形成
Grazer Engine
対生成が発生すると
エンジンが働く
ｌcr～ 0.1 pc
for M●～109Msun
最終的には合体で
エンジンが止まる
加速
ピンチ
Molecular Torus probed by
H2O Maser in NGC 4258
(Miyoshi et al. 1995, Nature, 373, 127)
なぜ3つの成分が?
GRAZERなら3つ!
Triple Jets in NGC 4258
(Cecil+92, ApJ, 390, 365)
GRAZER-driven Triple Jets
Jet Morphology
Jetの
交差
Radio Jet
in NGC 6251
(Perley et al. 1984, ApJS, 54, 291)
Triple Knots in NGC6251
(Perley et al. 1984, ApJS, 54, 291)
VLBI Knots in NGC6251
(Jones & Wherle. 1994, ApJ, 427, 221)
Triple Knots in Cen A
(Meier+ 1989, AJ, 98, 27)
Triple Knots in NGC 1068
(Wilson & Ulvestad 1983, ApJ, 275, 8)
Life Time of the Jet
TGR=5×107 q-1(M1+2,9)-3(l/0.1pc)4 yr
where q = M2/M1
e.g., TGR=5×108yr
for M1=109Msun, M2=108Msun, l=0.1pc
(Begelman+1984)
Grazerは止まる
Orbital Period
Torb=102 (M1+2,9)-1/2(l/0.1pc)3/2 yr
人類は100年も
AGNをモニターしていない
Waltzing Supermassive Binary
(Comerford+09, ApJ, 698, 956)
Dual NLR probed by [OIII]5007
AGN 91個の内
32個：[OIII] velocity offset
 Inspiraling SMBH ?
48
全てのAGNは
Super Massive Binary!
かもね・・・
「AGNは・・・である」
というパラダイムは無い
人は電磁波に
騙されやすい？
DECIGO
重力波天文台に期待！