1/15

爆発的星形成による活動銀河中心核の形成と進化
渡部 靖之（筑波大 D3 学振研究員）
平下 博之、梅村 雅之（筑波大）
川勝 望、 今西 昌俊（国立天文台）
銀河中心のブラックホールまで、どのように物質を運ぶのか
Circumnuclear
starburst
数100pcNuclearstarburst
1〜100pc

ブラックホール2/15

Circumnuclear starburst と AGN（中心から数100pc 領域の starburst ）半径：数 100 pc
全光度：109-11L~
爆発的星形成領域の内側の構造に注目→ 理論モデルを観測データを用いて検証

3/15

Umemura, Fukue & Mineshige 1997, 1998
Ohsuga et al. 1998

輻射流体力学モデル
構造
・リング状の爆発的星形成領域

ガス円盤

・爆発的星形成領域の内側のガス円盤
Rring（~100pc）

注目する物理過程
爆発的星形成による輻射圧

ガス円盤の構造に注目

爆発的星形成領域4/15

Umemura, Fukue & Mineshige 1997, 1998
Ohsuga et al. 1998

基礎方程式

動径方向2vdv r
1 dp dΦ χ r 3 χ
ϕ= −−+ F −Ev rdtr ρ dr dr c2c
輻射圧 輻射抵抗
typicaltimescale Myr << Gyr

方位角方向
1 d(rvϕ ) 3χE r
3χE=
Vring −vϕr dt
2c Rring
2cdΦ GM dyn≡: ケプラー回転2r
dr2Rring
Vring
M dyn =: 力学的質量G

ガス円盤

r
Rring

（~100pc）

爆発的星形成領域

χ : 質量吸収係数
Fr : 輻射フラックス
E : 輻射エネルギー密度
Vring : リングの回転速度

4/15

Umemura, Fukue & Mineshige 1997, 1998
Ohsuga et al. 1998輻射圧の効果

動径方向圧縮されたガス円盤
2dv r vϕ 1 dp dΦ χ r 3 χ= −−+ F −Ev r
ガス円盤dtr ρ dr dr c2c
輻射圧 輻射抵抗
typicaltimescale Myr << Gyr

方位角方向
1 d(rvϕ ) 3χE r
3χE=
Vring −vϕr dt
2c Rring
2cr rdisk

Rring（~100pc）

爆発的星形成領域

動径方向の輻射圧によるガス円盤の圧縮→ 回転平衡（重力、遠心力、輻射圧）のガス円盤が形成される- 見積もり 圧縮されたガス円盤の平衡半径

5/15Umemura, Fukue & Mineshige 1998

理論予測

log ΓSBpredicted
radius

ガス円盤r rdisk
Rring（~100pc）

ΓSB =LSBLEdd−1 ad  ρ s Mfdyndg
10
LEdd = 1.7 ×10 Lsun ×  9 −3 10M
0.03
0.1µm3gcm
sun rdisk / Rring6/15

サンプルデータ

Knapen 2005

non-AGN（15）NGC278, 1300, 1512, 2903, 2997, 3184, 3344, 3351,3593, 4254, 4984, 6574, 7552, 7742, 7771
AGN （12）
NGC1068, 1097, 3486, 4303, 4314, 4321, 4736, 4826,5248, 6951, 7217, 7469, Circinus galaxy

必要なデータリングの半径
リング内の力学的質量r

ガス円盤の半径
爆発的星形成
領域の光度

6/15

サンプルデータ

Knapen 2005

non-AGN（15）NGC278, 1300, 1512, 2903, 2997, 3184, 3344, 3351,3593, 4254, 4984, 6574, 7552, 7742, 7771
LINER
AGN （12） Seyfert galaxy
NGC1068, 1097, 3486, 4303, 4314, 4321, 4736, 4826,5248, 6951, 7217, 7469, Circinus galaxy

必要なデータリングの半径
リング内の力学的質量r

ガス円盤の半径
爆発的星形成
領域の光度

7/15

NGC1097 (Seyfert galaxy)diskradius[pc] 350

Kohno et al. 2003r
リングの半径：700pc
リング内の力学的質量:1.8×1010 M~

ringradius700 1050

ガス円盤の半径 :350~450pc
爆発的星形成領域の光度:1011 L~8/15

Watabe, Hirashita & Umemura (in submitted)

結果：理論と観測の比較
・輻射圧によるガス円盤の圧縮・爆発的星形成による中心核活動性9/15

Watabe, Hirashita & Umemura (in submitted)

log ΓSB

結果：輻射圧によるガス円盤の圧縮

ΓSB =LSB

LEdd→ 観測によって求められたガス円盤のサイズは、
輻射流体力学モデルと一致

rdisk / Rring10/15

Watabe, Hirashita & Umemura (in submitted)

log ΓSB

結果：爆発的星形成による中心核活動性

ΓSB =LSB

LEdd→ 輻射圧による圧縮の強さと、中心核の活動性には、正の相関が見られる

rdisk / Rring11/15

Watabe, Hirashita & Umemura (in submitted)

ΓΓSBSB−−ΓΓAGN
関AGN関係

爆発的星形成のと
 ”輻射の効果
4πcGM m L係Γ ”実効的な=
L =LσAGNの活動性 の関係 log ΓSB

AGNAGNbolAGN
Edd

BHAGNEddpTΓAGN = 0.08

ΓAGN = 0.23 ~ 1.3

ΓAGN = (5.6 ~ 7.9) ×10−5

ΓSB =LSBLEdd

ΓAGN = (0.39 ~ 4.1) ×10−6→ 輻射圧による圧縮の強さと、質量降着率の間にもrdisk / Rring
正の相関が見られる

12/15

連続的な爆発的星形成

log ΓSBΓAGN

AGN
L= bolLAGN
Edd

 AGN 4πcGM BH mp LEdd =σT
ΓAGN = 0.08

ΓAGN = 0.23 ~ 1.3

3.3μm PAH 輝線

Mazzarella et al. 1994

→ 100pc以内の爆発的星形成を示唆−5ΓAGN = (5.6 ~ 7.9) ×10

Γ=LSBLEdd

ΓAGN

輻射圧によるガス円盤の圧縮→ 星形成を誘発する可能性= (0.39 ~ 4.1) ×10−6

連続的な爆発的星形成が、
rdisk / Rring
さらに中心へガスを供給すると考えられる

13/15

Nuclear-starburst とAGN光度
log (nuclear starburst の光度)（中心から100pc 以内のstarburst）
Imanishi & Wada 2004

正の相関log (AGN 光度)

14/15

Watabe, Kawakatu & Imanishi (in preparation)log (LN(1”.5)/LEdd )結果：Nuclear starburst − AGN 燃料供給

→ nuclear starburst が AGNへの質量降着に寄与している証拠の発見
log (3.3μmPAH luminosity) [L~]3.3μm PAH 輝線光度と LN(1”.5)/LEdd は正の相関を示す

15/15

理論・観測に基づく「爆発的星形成 − AGN」関係 の構築「ΓSB − ΓAGN 」「Nuclear starburst − AGN 燃料供給」

Circumnuclear
starburst

Nuclearstarburst

数100pc1〜100pc

ブラックホール

15/15

理論・観測に基づく「爆発的星形成 − AGN」関係 の構築「ΓSB − ΓAGN 」

circumnuclear
starburst

輻射圧「Nuclear starburst − AGN 燃料供給」

ガス円盤の圧縮数100pccircumnuclear
starburst→ 圧縮

nuclearstarburst

1〜100pc

ガス円盤の圧縮→ ・AGN 燃料供給
・nuclear starburst

ブラックAGN
ホール
燃料供給

nuclear starburst→ AGN 燃料供給

29/34

その他の観測水メーザー観測

X線観測

輝線 円盤質量 速度分散

光度(2-10KeV)

SBを伴う割合A型

低低低13% ( 2/15)

B型

高高高50% (14/28)

NGC4258(A型)

Circinusgalaxy(B型)

Nakai et al. 1995

ガス分布、量降着量

爆発的星形成相関を示唆

13/18

各AGNについて、もう少し
NGC7469

AGN全光度[Lsun](0.52〜3)×1011

MBH [Msun]〜7×106

Petrucci et al. 04; Davies et al. 04 Collier et al. 98; Wandel et al. 99〜1010〜4×106

Moorwood et al. 96

M_bulge-M_BH relation

NGC1097(2.2〜3.1)×108〜1.2×108

Nemmen et al. 04; 06

Lewis & Eradeous 06

NGC4314(0.2〜1.34)×106(1〜1.6)×107Ho et al. 99; Pellegrini 06

Pellegrini 05; Dong 06

Circinus

見積もり：ΓAGNAGN
L= bolLAGN
Edd AGN 4πcGM BH mp LEdd =σTall datatimescale

8πc R
2t drag =2ring

3χLSB

 4 πcR t rad =  χLSB 

1/ 2
3ring

3/17

Questions
What has caused the galactic nuclear activity ?
Are there any relations between
the nuclear activity and galaxy evolution ?

17/17REQUESTS !!!
Our results provide important idea, based on which“future high-resolution observations” can be planed
to reveal the physical origin of starburst - AGN connection
Mdyn or Vring

Rdisk
r

Rring
LSB or LHαdetailed disk structure: ALMA

9/17

NGC7469 (Seyfert 1)
Genzel et al. 1995
normalized intensity

1

K band image

Rring ：480 pc
LSB ：3×1011 L~
vring : 100 km/s
→ Mdyn：1.1×109 M~

Mauder et al. 1994

ring
radius

0.1

0.01

disk
radius480 [pc]

Radius [arcsec]

rdisk / Rring 〜 0.3 - 0.47

NGC6951 (Seyfert 2)

Elmegreen et al. 1999

Circinus galaxy (Seyfert 2)[OIII]

HαV bandI bandWilson et al. 2000

NGC4314 (LINER)
Benedict et al. 1996

contour: COgray scale: Hα+NII

NGC2903 (non-AGN)

NGC3351 (non-AGN)

8/13

NGC1097 (Seyfert galaxy)
Kohno et al. 2003

diskradius[pc] 350

Rring ：700 pc
LSB ：1011 L~
Mdyn：1. 8×1010 M~

ringradius

700 1050

rdisk / Rring〜 0.5 - 0.65

3/18

爆発的星形成ーAGN関係- 観測 数100pc領域の爆発的星形成

Seyfert 2 > Seyfert 1
e.g. Heckman et al. 1989

- 理論 爆発的星形成による影響
超新星爆発によるガスの撹乱e.g. Wada & Norman 2002

log (爆発的星形成領域の光度)数100pc領域以内の爆発的星形成
Imanishi & Wada 2004

輻射圧によるガス構造の変化
Umemura, Fukue & Mineshige 1997, 1998
Ohsuga et al. 1998

log (AGN power)

目的：関係を生み出す
物理機構の解明

13/14

連続的な爆発的星形成
NGC 7469

3.3μm PAH 輝線→ 100 pc以内の爆発的星形成を示唆
輻射圧によるガス円盤の圧縮→ 星形成を誘発する可能性
Mazzarella et al. 1994

連続的な爆発的星形成が、さらに中心へガスを供給すると考えられる

12/13

議論：輻射の効果
Kohno et al. 2003
clearly edge

gradually change[pc] 350

critical density:
HCN(1-0) >> CO(1-0)

700 1050

光学的厚みに依存した構造
輻射流体力学モデルの検証

13/18

各AGNについて、もう少し
NGC7469

AGN全光度[Lsun](0.52〜3)×1011

MBH [Msun]〜7×106Petrucci et al. 04; Davies et al. 04 Collier et al. 98; Wandel et al. 99〜1010〜4×106

Moorwood et al. 96

M_bulge-M_BH relation

NGC1097(2.2〜3.1)×108〜1.2×108

Nemmen et al. 04; 06

Lewis & Eradeous 06

NGC4314(0.2〜1.34)×106(1〜1.6)×107

Ho et al. 99; Pellegrini 06

Pellegrini 05; Dong 06

Circinus

見積もり：

ΓAGN

AGN
L= bolLAGN
Edd

 AGN 4πcGM BH mp LEdd =σT14/18ΓSB-ΓAGN 関係log ΓSB

ΓAGNAGN
L= bolLAGN
Edd

 AGN 4πcGM BH mp LEdd =σTΓAGN = 0.08

ΓAGN = 0.23 ~ 1.3

ΓAGN = (5.6 ~ 7.9) ×10−5

Γ=LSB

ΓAGN = (0.39 ~ 4.1) ×10−6

LEdd

rdisk / Rring15/15

理論・観測に基づく「爆発的星形成 − AGN」関係 の構築「ΓSB − ΓAGN 」

circumnuclearstarburst

輻射圧「Nuclear starburst − AGN 燃料供給」

ガス円盤の圧縮数100pccircumnuclearstarburst→ 圧縮

nuclearstarburst

1〜100pc

ガス円盤の圧縮→ ・AGN 燃料供給
・nuclear starburst

ブラックAGN
ホール
燃料供給

nuclear starburst→ AGN 燃料供給