2007-2009 年度「理学部ハイライト研究」活動報告書整理番号１．研究課題名２．研究代表者山口 32 m 電波望遠鏡と韓国宇宙電波観測網との 22 GHz 共同観測による若い電波銀河の活動性探査所属・職氏名電話番号理工学研究科自然科学基盤系専攻物理科学分野助教輪島清昭 083-933-5759 E-mail [email protected] ３．研究組織（研究代表者及び研究分担者）氏名所属部局（専攻等）計 4 名職名役割分担輪島清昭大学院理工学研究科自然科学基盤系専攻助教研究統括、観測システム整備、電波銀河の構造と進化の研究、観測データ解析藤澤健太時間学研究所教授電波銀河の構造と進化の研究、観測システム整備鏑木修大学院理工学研究科自然科学基盤系専攻教授電波銀河の広帯域スペクトルの理論的研究澤田-佐藤聡子大学院理工学研究科自然科学基盤系専攻研究員電波銀河の構造と進化の研究、観測データ解析４．研究成果【本研究プロジェクトの研究活動状況（研究の進捗状況，外部への情報発信など），および本研究プロジェクトに関連する（１）研究業績（研究論文，国際学会，国内学会などでの発表），（２）競争的研究資金の獲得状況，などについて記入してください．】【研究目的】 ■山口 32 m 電波望遠鏡と韓国宇宙電波観測網（KVN）との連携による 22 GHz での超長基線干渉計（VLBI）観測を行い、山口電波望遠鏡の 22 GHz 帯での観測性能および KVN の VLBI 観測局としての性能を評価する。 ■若い電波銀河の高周波での放射を高分解能で観測し、電波源の各位置でのエネルギー分布を調査するとともに、後に実施する多周波 VLBI 観測結果と組み合わせて電波銀河の進化過程を明らかにする。 ■山口電波望遠鏡および KVN を用いた VLBI 観測で基礎的な科学データを取得することにより山口 32 m 電波望遠鏡の国際研究プロジェクトの中での位置付けを示し、後に続く東アジア VLBI ネットワーク推進のための原動力とする。【研究の背景と概要】電波銀河は活動銀河中心核と呼ばれる高いエネルギーを持つ遠方銀河の一種である。このうち、 gigahertz-peaked spectrum (GPS) source と呼ばれる電波銀河の一群は、十分に成長した電波銀河に比べ天体のサイズが 1 万分の 1 程度と小さくかつ銀河年齢が 105 年程度と若いもので、周波数スペクトルのピークが数 GHz ～十数 GHz に位置する天体である。この周波数範囲を含む多周波で高分解能の観測を行うことにより、電波源の各位置でのシンクロトロン放射の分布およびそれによるエネルギー損失の様子を明らかにし、さらに電波源のシンクロトロン電子の年齢を推定することにより電波銀河の進化の手掛かりを得ることができる。最近の単一鏡サーベイ観測で GPS 候補天体が多数見つかっているが、それらのミリ秒角スケールでの構造は十分には明らかにされていない。多数の GPS 天体を VLBI スケールの高分解能で観測することにより、GPS に分類される電波銀河の年齢、物理的性質、進化の段階などの一般的性質を明らかにしたい。ここでは将来の多周波観測に向けた基礎データ取得を目指し、山口 32 m 電波望遠鏡を含む東アジア地域の電波望遠鏡を用いた 22 GHz での単一周波数の観測を行いこの研究課題に取り組むことを提案している。東アジア地域（日本、韓国、中国）では、各国が運用する超長基線電波干渉計（VLBI）システムを組み合わせた「東アジア VLBI ネットワーク（EAVN）」プロジェクトを構想しており、現在観測システムの整備および研究対象の議論を進めるとともに 3 国間で VLBI 試験観測を行っている。EAVN は合計 16 基の電波望遠鏡で構成される最大基線長約 5,000 km のネットワークで、アメリカ、ヨーロッパの VLBI 観測システムに匹敵する観測局数および空間的ひろがりを持ち、他の VLBI ネットワークに比べ低輝度温度天体の検出能力に特徴がある。また、アメリカ、ヨーロッパ間の地理的な空隙を埋めているため、短時間で電波源の強度や構造が変化するトランジェント天体の観測にも重要な役割を発揮する。山口大学グループが中心となって活用している 32 m 電波望遠鏡は EAVN を構成する観測局の中でも最大級の口径を有し、かつ 32 m 電波望遠鏡の周辺には大口径の電波望遠鏡（鹿児島、ウルサン、済州島など）が多数位置しており、EAVN の中核的観測局として重要な役割を持つ。したがって、EAVN における低輝度天体検出能力および観測データ信頼性の向上を図る上で山口電波望遠鏡の性能の評価とその向上が EAVN 成功のためのひとつの鍵となる。また、EAVN の主力の観測周波数となる 22 GHz での観測を積み重ね、この周波数帯での各観測局の性能を明らかにすることも重要である。【研究成果】 ■日韓共同観測に向けた観測システム立ち上げおよびそれを用いた試験観測の実施日韓共同 VLBI および東アジア VLBI での高感度観測実現に向けた取り組みとして、高速データ記録による広帯域観測を可能にする新規観測システムの立ち上げ（山口大学）およびアンテナ・観測信号処理系システムの立ち上げ（KVN）を行った。山口大学では、市販の PC をベースにした新型の VLBI データ記録システム（K5/VSI: 情報通信研究機構（NICT）で開発）を用いて山口 32 m 電波望遠鏡と NICT 鹿島 34 m アンテナとの間で 2008 年 6 月および 2009 年 6 月に 2 度の VLBI 試験観測（観測周波数 8 GHz）を行い、いずれも観測データ記録およびそれを用いた干渉縞（フリンジ）の検出に成功した。これは K5/VSI システムを用いて国内で初めて VLBI に成功した観測であり、今後の日韓 VLBI 観測実施に向けた重要なステップとなる成果である。各観測天体で検出されたフリンジの信号雑音比は K5/VSI での各観測モード（量子化効率、積分時間長）および観測天体の電波フラックス密度による変化を概ね再現しており、K5/VSI が VLBI 観測データ記録装置として十分な性能を有していることを明らかにした。これらの結果は【研究業績】b-2 および b-7 で詳述している。一方、韓国側では KVN を構成する 3 局（ソウル、蔚山、済州島）の観測システム整備を終え、性能評価試験ではアンテナ、受信システムともに所定の性能を示す結果が得られた。また、国立天文台の VLBI ネットワークである VERA と KVN との間で 22 GHz および 43 GHz での VLBI 試験観測を行い、いずれの観測周波数でもフリンジ検出に成功している。KVN の観測信号処理システムの詳細は 2011 年 12 月に出版予定の査読論文（Oh, S.-J., Roh, D.-G., Wajima, K., et al. 2011, Publ. Astron. Soc. Japan, in press）にまとめられている。 ■山口大学理学部と韓国天文研究院電波天文研究本部との学術交流協定締結およびそれに基づく共同観測の実施山口大学理学部は韓国天文研究院電波天文研究本部との部局間学術交流協定を 2010 年 3 月 15 日に締結した。主な目的は双方で進めている AGN および大質量星形成領域の観測的研究の推進、双方の電波望遠鏡を用いた共同観測の推進、および人的交流の 3 点である。本協定に基づき、山口大学と KVN との協力による AGN の共同観測を進めた。AGN の活動性を規定する中心核領域での電波強度変動の特徴を調べるため、山口 32 m 電波望遠鏡（観測周波数 8 GHz）と KVN（観測周波数 22, 43 GHz）とで短時間強度変動を示す AGN 2 天体の 48 時間連続同時観測を実施し、これらの天体でのセンチ波からミリ波に掛けての変動特性を調査した。さらに、KVN で行っている活動銀河のサーベイ観測結果と山口 32 m 電波望遠鏡で毎日行っている AGN の電波フラックスモニタ観測の対象天体（強電波活動銀河 6 天体）の結果とを組み合わせて電波領域での突発的な強度上昇の原因を探るための研究も併せて実施した。 ■若い電波銀河の構造に関する観測的研究および放射スペクトルに関する理論的研究上記の日韓共同研究と並行して GPS 銀河の観測的研究を進めた。アメリカの VLBI ネットワークを用いて実施した GPS 銀河 PKS 2134+004 の多周波観測の解析より、観測した電波源が周波数間で非対称な構造をもっていることが分かった。ここで得られた結果は過去に他の GPS 銀河で観測された周波数間の構造非対称性とは異なる観測的性質を持っており、新しいタイプの GPS 銀河である可能性も考えられる。また日韓 VLBI 観測のための予備調査として、複数の GPS 銀河の観測を JVN に提案し採択された。JVN での観測は近日中に実施される予定である。また、上記の主たる研究と並行して電波銀河の広帯域スペクトルに関する理論的研究を行った。活動銀河の中心領域に光学的に薄い移流優勢降着円盤の存在を仮定し、電波銀河のひとつである NGC 4261 の電波から X 線にわたって観測されている広帯域スペクトルの形状を再現することに成功した。これらの成果は査読論文（【研究業績】a-5 参照）として受理された。【本課題に関連する研究業績】 a. 査読論文（研究代表者を含むもの） 1. ‘Japanese VLBI Network Observations of Radio-Loud Narrow-Line Seyfert 1 Galaxies’ Doi, A., Fujisawa, K., Inoue, M., Wajima, K., Nagai, H., Harada, K., Suematsu, K., Habe, A., Honma, M., Kawaguchi, N., Kawai, E., Kobayashi, H., Koyama, Y., Kuboki, H., Murata, Y., Omodaka, T., Sorai, K., Sudou, H., Takaba, H., Takashima, K., Takeda, K., Tamura, S., Wakamatsu, K. 2007, Publ. Astron. Soc. Japan, 59, 703 - 709 2. ‘Performance Evaluation of Digital Data Processing System for Korean VLBI Network (KVN)’ Oh, S.-J., Roh, D.-G., Yeom, J.-H., Byun, D.-Y., Lee, C.-H., Chung, H.-S., Je, D.-H., Wajima, K., Kawakami, K. 2007, Publ. Korean Astron. Soc., 22, 63 – 73 3. ‘Radiation Testing of Consumer High-Speed LSI Chips for the Next Space VLBI Mission’ Wajima, K., Kawaguchi, N., Murata, Y., Hirabayashi, H. 2007, Publ. Astron. Soc. Japan, 59, 1221 1226 4. ‘VLBI Detection of Parsec-Scale Nonthermal Jets in Radio-Loud Broad Absorption Line Quasars’ Akihiro Doi, Noriyuki Kawaguchi, Yusuke Kono, Tomoaki Oyama, Kenta Fujisawa, Hiroshi Takaba, Hiroshi Sudou, Ken-ichi Wakamatsu, Aya Yamauchi, Yasuhiro Murata, Nanako Mochizuki, Kiyoaki Wajima, Toshihiro Omodaka, Takumi Nagayama, Naomasa Nakai, Kazuo Sorai, Eiji Kawai, Mamoru Sekido, Yasuhiro Koyama, the VLBI group at Geographical Survey Institute, Shoichiro Asano, Hisao Uose 2009, Publ. Astron. Soc. Japan, 61, 1389 - 1398 5. ‘What Kinds of Accretion Disks Are There in the Nuclei of Radio Galaxies?’ Osamu Kaburaki, Takanobu Nankou, Naoya Tamura, Kiyoaki Wajima 2010, Publ. Astron. Soc. Japan, 62, 1177 - 1184 b. 研究会集録・研究ノート（研究代表者を含むもの） 1. 「強電波狭輝線セイファート 1 型銀河核の JVN – VLBA 位置天文観測」土居明広、浅田圭一、永井洋、輪島清昭 2008, JVN Reports, Vol.1, No.2, pp.1 – 7 2. 「K5/VSI システムを用いた VLBI 試験観測」輪島清昭、藤澤健太、木村守孝、川合栄治 2008, JVN Reports, Vol.1, No.3, pp.4 – 9 3. ‘VSOP Observations of the Gamma-Ray Sources J1733–1304, J1625–2527, and J1015+4926’ Akiharu Nakagawa, Yasuhiro Murata, Philip G. Edwards, Kiyoaki Wajima, Toshihiro Omodaka 2009, Proc. Approaching Micro-Arcsecond Resolution with VSOP-2: Astrophysics and Technology, ASP Conf. Ser., Vol.402, pp.112 – 115 4. ‘HALCA Observation Results and Implications for VSOP-2 Observations of Blazars’ Kiyoaki Wajima 2009, Proc. Approaching Micro-Arcsecond Resolution with VSOP-2: Astrophysics and Technology, ASP Conf. Ser., Vol.402, pp.135 – 138 5. ‘The Kinematics of the Methanol Maser at 6.7 GHz in Cepheus A’ Koichiro Sugiyama, Kenta Fujisawa, Kiyoaki Wajima, Satoko Sawada-Satoh, Yasuko Isono, Mareki Honma, Yasuhiro Murata, Nanako Mochizuki, Akihiro Doi 2009, Proc. Approaching Micro-Arcsecond Resolution with VSOP-2: Astrophysics and Technology, ASP Conf. Ser., Vol.402, pp.392 – 395 6. 「UCHII 領域 S269 の 6.7 GHz メタノールメーザーアウトフロー」澤田-佐藤聡子、藤澤健太、輪島清昭、杉山孝一郎、本間希樹 2009, JVN Reports, Vol.2, No.1, pp.11 – 14 7. 「山口 32 m 電波望遠鏡の K5/VSI システム 2 号機を用いた VLBI 観測」輪島清昭、藤澤健太、木村守孝、川合栄治 2009, JVN Reports, Vol.2, No.2, pp.11 – 15 c. 国際学会・研究会での発表（研究代表者が筆頭のもの） 1. ‘Possible Science Case for Jet Physics in Active Galactic Nuclei by East Asia VLBI Network’ Kiyoaki Wajima, 2007, 7th East Asian Meeting on Astronomy (Fukuoka, Japan) 2.‘HALCA Observation Results and Implications for VSOP-2 Observations of Blazars’ Kiyoaki Wajima, 2007, Approaching Micro-Arcsecond Resolution with VSOP-2: Astrophysics and Technology (Sagamihara, Japan) 3. ‘KVN-Yamaguchi Collaboration for Future EAVN Observations’ Kiyoaki Wajima, 2008, East Asia VLBI Workshop (Shanghai, China) 4. ‘1 Gbps Disk-Based VLBI Observation for Future East Asia VLBI Observations’ Kiyoaki Wajima, 2009, East Asia VLBI Workshop (Seoul, Korea) 5. ‘Parsec-Scale Structure in Gamma-Ray Loud Quasar with Relatively Weak Radio Emissions’ Kiyoaki Wajima 2010, East Asia VLBI Workshop (Kagoshima Univ., Japan) d. 国内学会・研究会での発表（研究代表者が筆頭のもの） 1. 「活動銀河 2134+004 の VLBA 多周波観測」輪島清昭 2007, VLBI 懇談会シンポジウム（北海道大学） 2. 「GPS 電波源 PKS 2134+004 の VLBA 多波長観測」輪島清昭、井口聖 2008, 日本天文学会春季年会（東京大学） 3. 「K5-VSI システムを用いた 1 Gbps VLBI 観測」輪島清昭、藤澤健太、木村守孝、川合栄治 2008, 日本天文学会秋季年会（岡山理科大学） 4. 「K5/VSI を用いた VLBI 試験観測と EAVN での観測計画」輪島清昭、藤澤健太、木村守孝、川合栄治 2008, 大学 VLBI 連携ワークショップ（宇宙航空研究開発機構） 5. 「東アジア VLBI に向けた VLBI 試験観測と EAVN での観測計画」輪島清昭 2008, VLBI 懇談会シンポジウム（岐阜大学） 6. 「KVN 과 야마구치 전파망원경을 이용한 젊은 전파은하의 관측 계획」（KVN と山口電波望遠鏡を用いた若い電波銀河の観測計画） 와지마 키요아키（輪島清昭） 2009, 우주전파 워크샵（宇宙電波ワークショップ） (韓国天文研究院) 7. 「短時間強度変動を示す活動銀河の高分解能観測」輪島清昭 2009, AGN ミニワークショップ（北海道大学） 8. 「VSOP によるブレーザーの観測と VSOP-2 で狙うサイエンス」輪島清昭 2009, VSOP-2 キーサイエンス研究会（国立天文台） 9. 「弱い電波放射を伴う γ 線活動銀河のパーセクスケールの構造」輪島清昭、藤澤健太、澤田-佐藤聡子 2009, 日本天文学会秋季年会（山口大学） 10. 「KVN – 山口アレイの性能」輪島清昭 2010, ミニワークショップ「KVN – 山口アレイで狙うサイエンス」（山口大学） 11. 「KVN – 山口アレイの広帯域観測で狙う AGN」輪島清昭 2010, ミニワークショップ「KVN – 山口アレイで狙うサイエンス」（山口大学） e. 競争的研究資金の獲得状況（研究代表者が筆頭のもの） 1. 「日韓共同電波干渉計観測による若い電波銀河の活動性と進化の研究」山口大学若手研究者支援制度（2008 年度 500 千円） 2. 「日韓共同電波干渉計観測による若い電波銀河の活動性と進化の研究」日本学術振興会科学研究費補助金基盤研究(C) （2008 年度 – 2010 年度合計 3380 千円）【外部への情報発信】 a. 報道関係 1. 「阿武火山群調査電波銀河の解明山大新規研究決まる（ハイライト研究記者発表）」朝日新聞、2008 年 1 月 26 日 2. 「『地質遺産』登録を阿武火山群や秋吉台（ハイライト研究記者発表）」山口新聞、2008 年 1 月 26 日 3. 「韓国と協力し電波銀河観測 4 月から山口大」中国新聞、2008 年 1 月 31 日 4. 「ゾウリムシの収集や提供阿武火山群の地層保存（ハイライト研究記者発表）」西日本新聞、2009 年 1 月 30 日 5. 「理学部と韓国天文研究院電波天文研究本部との学術交流協定締結式」ゆうゆうワイド（日本放送協会）、2010 年 3 月 15 日 6. 「理学部と韓国天文研究院電波天文研究本部との学術交流協定締結式」リアルタイムやまぐち（山口放送）、2010 年 3 月 15 日 7. 「理学部と韓国天文研究院電波天文研究本部との学術交流協定締結式」 J チャンやまぐち（山口朝日放送）、2010 年 3 月 15 日 8. 「山口大韓国機関と協定」産経新聞、2010 年 3 月 16 日 9. 「韓国の研究機関山大と学術協定」読売新聞、2010 年 3 月 16 日 b. 講演会 1. 「天の川を『見た』ことがありますか？」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2007 年 9 月 15 日 2. 「再び月へ－『かぐや』が見た月のすがた－」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2008 年 3 月 8 日 3. 「『宇宙人』は私たちだけか－天文学者のまじめな宇宙人探し－」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2008 年 10 月 4 日 4. 「ガリレオが見た宇宙、私たちが見る宇宙」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2009 年 2 月 28 日 5. 「宇宙にひそむブラックホール」萩博物館天文講演会、2009 年 3 月 8 日 6. 「宇宙に果てはあるのか？」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2009 年 9 月 26 日 7. 「世にも奇妙な恒星たち－個性豊かな星の世界－」佐久市天体観測施設うすだスタードーム星空特別講座、2010 年 2 月 27 日