南極THzキックオフミーティング
３月２５日（木） （オンライン）

銀河と超巨大ブラックホールの起源
梅村 雅之
筑波大学 計算科学研究センター

宇宙再電離とLyα吸収線系のシミュレーション

Lyαemission

QSO

Lyα吸収の減衰
Umemura et al. 2001,ASPC, 222, 109ν Lyβ fDA ≡ ∫ν Lyαcont − f obs

f contdν (ν Lyβ − ν Lyα )zreion ≈ 6-10

Planck 2018
zreion = 7.67±0.74

z= 6.5LAEs

Biased Galaxy Formationhigh zlow z(high baryon density)(low baryon density)2σ
2σ
small Mhalo
large Mhalo

no downsizing(hierarchical)

given Mhalo
high zlow z(high baryon density)(low baryon density)

自己遮蔽

Downsizingn>nshield

Large bulge の形成（ low M/L ）Small bulge の形成（ high M/L ）電離宇宙における銀河形成
Susa & Umemura (2000, ApJ, 537, 578)
UV

λn iniDynamics: Sheet Hydrodynamics
UV: Radiative transfer
H2 : Non-equilubrium chemistry

Initial Starburst Criterion− 4.2  I
M SB = 2.2 × 1011 M  [(1 + zc ) 5]  21 
 0.1 0.6

Ultraviolet-background-induced bifurcation of galactic morphology
Susa & Umemura (2000, MNRAS, 316, L17)

楕円銀河

渦巻銀河
zreion=7zreion=9z=9.11 OIII Emission Galaxy
Hashimoto et al. 2018, Nature, 557, 392
zLya=9.11, zcoll～15 (t～2.5億年)
Mstar=1×109 M, Mdyn= 4±3×109 M, Mdust<5×105 M
Z=0.0-0.4Z
cf. Mdust=0.01×0.1Mstar(Z/Z）=2×105M よって，metal-poor か gas-poorz∼8.38 Dusty Galaxy

Laporte et al. 2017, ApJ, 837, L21

A2744_YD4

A gravitationally lensed Y-band dropout
ALMA Band 7 observations
1 mm continuum flux (dusty star-forming galaxy)
Lya emission at a redshift z=8.38.
[O III] 88 μm emission
stellar mass 2×109 M
a star formation rate of 20 M yr-1
dust mass of 6×106 M
formation of such a dust mass only 200 Myr after cosmic reionization

Ultraviolet-background-induced bifurcation of galactic morphology
Susa & Umemura (2000, MNRAS, 316, L17)

楕円銀河

渦巻銀河 zreion=7
A2744_YD4zreion=9
MACS1149-JD1

銀河-AGN共進化
Cosmic SF History vs Massive BH Accretion History
Madau & Dickinson, 2014, ARA&A, 52, 415

BH Accretion

IRX-raySFH

ALMA twenty-Six Arcmin2 survey of Goods-south At One-millimetre (ASAGAO)

Lx vs LIR Relation
Ueda et al. 2018, ApJ, 853, 24
About 2/3 are SF-dominant, while therest is AGN-dominantCoevolution of SMBH and Galactic Bulge
Poynting-Robertson Effectin galactic bulge

Umemura, 2001, ApJ, 560, L29
Kormendy & Ho 2013, ARA&A, 51, 511

LM  2∗ (1 − e −τ )cBulge
L*γ

R
Nuclear
DiscM BH
 0.14ε  0.001
M bulge
ε = 0.007 : Hydrogen burning efficiency

TheoreticalPrediction

Coevolution Scenario
Umemura 2004, cbhg.sympE, 61

LBG
dust τ<1ULIRGProto-QSO

QSO

LLAGN

τ>1

τ<1

τ<1

τ<1Bulge

radiation dragenshrouded BH

Type II QSOnucleus
1-10 pctthin ≈ 107 yr

growing BHtwin ≈ 108−9 yrtcross ≈ 109 yrtime

A Novel Scenario of Coevolution
First galaxy
BHs fall onto the galactic center via
dynamical friction by stars and gas.

Dense nuclear disk formation via radiation
drag (Poynting-Robertson Effect )BH merger by “chance meeting”

Infall of merged BH

AGN formation bygas accretion

SMBH-Bulge relation

CDM宇宙における多重AGNの理論予想

基盤A「多重AGNの統合研究で紐解く超巨大ブラックホールの起源」（代表：梅村雅之，2019-2023）

理論のアプローチ
AGNの精密理論モデルの構築

解くべき問題AGN

多重AGNの物理状態と周辺環境（コンプトン散乱モデル計算）

埋もれたAGNのSED計算（宇宙論的共進化シミュレーション）

ブラックホール合体計算（一般相対論的N体計算）
代表：梅村雅之 分担：高橋労太
協力：大須賀健，矢島秀伸，高橋博之，Alex Wagner, 朝比奈雄太

多重AGN候補天体カタログの作成（HSCによるz=2-3多重AGN探査）

多重AGNの分光追観測
AGN（ダスト銀河中の輻射輸送計算）

多重AGNと銀河の共進化計算

新規HSCフィルター製作（NB506の製作と性能評価）（一般相対論的輻射磁気流体計算）

AGNのSEDモデル構築

観測のアプローチ

多重AGNと銀河の共進化（Subaru FOCAS, VLT MUSE, Keck KCWIによる面分光観測）

多重AGN周辺環境観測（HSC, ALMAによる周辺環境観測）

AGN-銀河共進化多波長観測
楕円銀河
SMBH
超巨大ブラックホール（SMBH）－銀河バルジ関係の成立（Chandra, Subaru, ALMAによるAGNと母銀河観測）
分担：松田有一，大内正己，長尾透
協力：上田佳宏，川口俊宏，利川潤，菊田智史

NB506フィルター製作
朝日分光株式会社：7,920,000円（10％税込）

表１ フィルターと輝線中心赤方偏移の関係
フィルター名
NB387
NB391
NB395
NB400
NB468
NB497
N B5 0 6
NB515
NB527

Lyα1216Å

CIV 1549Å

HeII 1640Å

2.18
2.22
2.25
2.29
2.85
3.09
3.16
3.23
3.33

1.50
1.52
1.55
1.58
2.02
2.21
2.26
2.32
2.40

1.36
1.38
1.41
1.44
1.85
2.03
2.09
2.14
2.21

多重AGNと銀河の共進化
基盤研究 (A)（一般）2019年度〜2024年度：梅村雅之「多重 AGN の統合研究で紐解く超巨大ブラックホールの起源」
電離輻射流体計算とLyα輻射輸送計算

Lyα表面輝度分布

電離光子脱出確率