助成番号５－２180923
研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ
（和文）

スパースモデリングを用いた超解像による銀河中心核ブラックホール-銀河共進化の解明

研究テーマ
（英文）

Revealing the Co-evolution of Central Black Holes and Galaxies throughSuperresolution with Sparse Modeling

研究期間

２０１８年 ～ ２０２１ 年

研究代表者
氏
名

（漢字）

竹内 努

（カタカナ）

タケウチ ツトム（英文）Tsutomu T. TAKEUCHI

所属機関・職名
共同研究者（１名をこえる場合は、別紙追加用紙へ）

氏
名

研究機関名

名古屋大学理学研究科素粒子宇宙物理学専攻・准教授

（漢字）

田村 陽一

（カタカナ）

タムラ ヨウイチ（英文）Yoichi TAMURA

所属機関・職名

名古屋大学

名古屋大学理学研究科素粒子宇宙物理学専攻・准教授

概要 （600 字～800 字程度にまとめてください。）
活動銀河核(AGN)の統一モデルは多様な AGN をトーラスと呼ばれる濃いガスとダストからなる構造の空間構造を見込む角の違いで説明する。しかし既存の装置では角分解能が足りず、トーラスの存在は直接撮像で確かめられたことはない。本研究は AGN 画像にスパースモデリングという手法を適用して超解像し、トーラスの 3 次元構造を決定する。これにより、ブラックホールと銀河の共進化問題を説明することが目的である。
本研究では電波干渉計観測データが主役となる。干渉計データにスパースモデリングを適用することで、古典的な解像度の限界を超えた超解像が実現できる。しかし、干渉計に適用する場合は相手の天体の構造に依存して最適な設定が変化するという問題があり、補助的なデータ処理方法、アルゴリズムの開発や他の電波での波長の観測の追加など、少なからぬ予備的研究も必要である。そこで、欠損のある電波画像復元の技術、スパースモデリングを含む超解像の方法論の拡充など多くのデータ科学研究を並行して行い、全体で 3 年間に延長した研究期間中および期間終了後の現在も続々と新たな成果を発表し続けている(発表論文参照)。
体系的な方法論の構築と最適化されたアルゴリズムに基づき、チリのミリ波/サブミリ波干渉計 ALMA で取得された 2 つの近傍銀河のアーカイブデータについて、中心の AGN の超解像を行った。2 銀河とも 2 型 AGN、すなわちトーラスを横から見たと考えられる可視光スペクトルを持つ。この解析の結果、実際にほぼ側面から見たトーラス構造を分解することに成功した。結果は論文として執筆済みであるが、アーカイブの取得された時期の ALMA の位置決定精度が今回の研究の要求ぎりぎりであることが判明し、結論をより強固なものにするためいったん保留とすることを決断した。
確固たる結論を導くため、我々は ALMA による同じ銀河の最適な観測を提案し、受理されている。現在はデータ送付を待つのみだが、コロナ禍により ALMA 観測が長期間中断するなど不運が重なって未だに届いていない。このデータが届き次第、論文を改訂して発表する予定である。

- 1 -発表文献 （この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文課題

Detection of the Far-infrared [O III] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312:
Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era

著者名

Tamura, Y., et al.

雑誌名

ページ

id. 27, 13 pp.

発行年

論文課題

A method for unmasking incomplete astronomical signals: Application to the CO
Multi-line Imaging of Nearby Galaxies project

著者名

Cooray, S. et al.

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japanページ

id. 61, 15 pp.

発行年

2

論文課題

CO Multi-line Imaging of Nearby Galaxies (COMING). X. Physical conditions of molecular
gas and the local SFR&-mass relation

著者名

Morokuma-Matsui,K., et al.

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japanページ

id. 90, 16 pp.

発行年

2

論文課題

Constructing a multivariate distribution function with a vine copula: towards
multivariate luminosity and mass functions

著者名

Takeuchi, T. T, &Kono, K. T.

雑誌名Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

ページ4365～4378

発行年

2

雑誌

雑誌

雑誌

雑誌

Astrophysical Journal
200001222

9000

巻号

874

巻号

72巻号

72巻号

498

論文課題

An iterative reconstruction algorithm for Faraday tomography

著者名

Cooray, S., et al.

雑誌名Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

ページ5129～5141

発行年

2

雑誌

020

巻号

500

論文課題

Spatially resolved properties of galaxies with a kinematically distinct core

著者名

Omori, K. C., &Takeuchi, T. T.

雑誌名Astronomy & Astrophysics

ページ

id.A181, 17 pp.

発行年

2

論文課題

CO Multi-line Imaging of Nearby Galaxies (COMING). IX. 12CO(J = 2-1)/12CO(J = 1-0)line ratio on kiloparsec scales

著者名

Yajima, Y., et al.

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japanページ257～285

発行年

2

雑誌

雑誌

002

2

11

巻号

647

巻号

73

論文課題

Dynamical evolution of voids with surrounding gravitational tidal field

著者名Minoguchi, M., etal.

雑誌名Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

ページ2804～2813

発行年

2雑誌

021巻号

503

論文課題

Jets from MRC 0600-399 bent by magnetic fields in the cluster Abell 3376

著者名

Chibueze, J. O.,
et al.

雑誌名

Nature

ページ

47～50

発行年

2

雑誌

- 2 -

021巻号

593

論文課題

MeerKAT's view of double radio relic galaxy cluster Abell 3376

著者名

Chibueze, J. O.,
et al.

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japanページ

Advanced access

発行年

2

論文課題

The bimodality in the mass-metallicity relation in SDSS-MaNGA galaxy pairs

著者名Omori, K. C., &Takeuchi, T. T.

雑誌名Astronomy & Astrophysics

ページ

id.A145, 8 pp.

発行年

2論文課題

A new galaxy spectral energy distribution model consistent with the evolution of dust

著者名
ページ

Nishida, K. Y., etal.
2098～2115

論文課題

Wavelets and sparsity for Faraday tomography

著者名

Cooray, S. et al.

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japanページ

Advanced access

発行年

2

論文課題

Deblurring galaxy images with Tikhonov regularization on magnitude domain

著者名

Murata, K., &Takeuchi, T. T.
Advanced access

雑誌

022巻号

-雑誌

022巻号

660

雑誌

雑誌名Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

発行年

2022巻号

514

雑誌

022巻号

-雑誌

ページ
論文課題
雑誌

著者名ページ

雑誌名

Publications of the Astronomical Society of Japan

発行年

2022巻号-

CO(J=1-0) mapping survey of 64 galaxies in the Fornax cluster with the ALMA Morita
array
Morokuma-Matsui
雑誌名Astrophysical Journal Supplement Series, K., et al.
In press

発行年

2022巻号-

英文抄録 （100 語～200 語程度にまとめてください。）
A unified model of the active galactic nucleus (AGN) explains the various AGNs with different angles
that allow the spatial structure of dense gas and dust structures called tori. However, theexistence of a torus has never been confirmed by direct imaging because the angular resolutionof existing instruments is insufficient. In this research, we apply a technique called sparsemodeling to AGN images and super-resolve them to determine the three-dimensional structure of thetorus. The aim is to explain the problem of black hole-galaxy coevolution.
Based on the construction of a systematic methodology and an optimized algorithm, we performed
central AGN super-resolution for two nearby galaxy archive data acquired by the Chilean
millimeter/submillimeter interferometer ALMA. Both galaxies have a type 2 AGN, the visible light
spectrum of a torus viewed from the side. As a result of this analysis, we succeeded in decomposing
the torus structure seen from the side. We have already summarized the result as a paper, but itturned out that the position accuracy of ALMA at the time when the archive was acquired was barely
sufficient for this research. Hence we decided to withhold it in order to make the conclusion morerobust.
To draw a firm conclusion, we submitted an observation proposal of the same galaxies to ALMA, andit has been already accepted. Currently, we are just waiting for the data to be delivered, but
it has not yet arrived due to a combination of bad luck, such as the long-term suspension of ALMA
observations due to the COVID-19 disaster. As soon as we receive the new data, we will publish
a revised paper.

- 3 -研究代表者名

竹内 努

共同研究者
氏
名

（漢字）

池田 思朗

（カタカナ）

イケダ シロウ（英文）Shiro IKEDA

所属機関・職名

統計数理研究所・教授

（漢字）
氏
名

（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）

所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名（漢字）
氏
名（カタカナ）（英文）所属機関・職名- 4 -