[論文レビュー] Future mmVLBI Research with ALMA: A European vision

R. P. J. Tilanus, T. P. Krichbaum+166 more|arXiv (Cornell University)|Jun 18, 2014

Medical Imaging Techniques and Applications被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、ALMAを位相整合アレイとして用いることで、ブラックホールイベントホライズン、AGNジェット形成、宇宙論的進化、メーザー、および基礎物理学を研究するための、前例のない分解能と感度を実現する欧州の将来のミリ波VLBI科学のビジョンを提示する。ALMAをグローバルなミリ波VLBIネットワークに統合することで、画像化および時刻測定能力が向上し、一般相対性理論の検証や宇宙論的プローブを含む、画期的な天文学的科学が実現される。

ABSTRACT

Very long baseline interferometry at millimetre/submillimetre wavelengths (mmVLBI) offers the highest achievable spatial resolution at any wavelength in astronomy. The anticipated inclusion of ALMA as a phased array into a global VLBI network will bring unprecedented sensitivity and a transformational leap in capabilities for mmVLBI. Building on years of pioneering efforts in the US and Europe the ongoing ALMA Phasing Project (APP), a US-led international collaboration with MPIfR-led European contributions, is expected to deliver a beamformer and VLBI capability to ALMA by the end of 2014 (APP: Fish et al. 2013, arXiv:1309.3519). This report focuses on the future use of mmVLBI by the international users community from a European viewpoint. Firstly, it highlights the intense science interest in Europe in future mmVLBI observations as compiled from the responses to a general call to the European community for future research projects. A wide range of research is presented that includes, amongst others: - Imaging the event horizon of the black hole at the centre of the Galaxy - Testing the theory of General Relativity an/or searching for alternative theories - Studying the origin of AGN jets and jet formation - Cosmological evolution of galaxies and BHs, AGN feedback - Masers in the Milky Way (in stars and star-forming regions) - Extragalactic emission lines and astro-chemistry - Redshifted absorption lines in distant galaxies and study of the ISM and circumnuclear gas - Pulsars, neutron stars, X-ray binaries - Testing cosmology - Testing fundamental physical constants

研究の動機と目的

• 欧州の視点から、ALMAを位相整合アレイとして用いた将来のミリ波VLBI観測の科学的潜在可能性を評価し、促進すること。
• ブラックホール像の撮影や宇宙論的フィードバック機構を含む、ヨーロッパで高い科学的関心を示す主要な天体物理学的分野を特定すること。
• ALMAのVLBI能力の開発を支援し、ALMAをグローバルなミリ波VLBIネットワークに統合するよう提言すること。
• 一般相対性理論の検証や宇宙論的パラメータの測定を含む、基礎物理学分野における画期的な科学を実現すること。
• メーザー、星間媒体、および遠方銀河における赤方偏移した線スペクトルの研究を進めること。

提案手法

• ALMAを位相整合アレイとして活用し、ミリ波VLBI観測における高い感度と分解能を達成すること。
• ALMAをグローバルなミリ波VLBIネットワークに統合することで、基線長を延長し、画像再構成の正確性を向上させること。
• ビームフォーミング技術を用いて、ALMAの66個の電波望遠鏡をコherently結合し、VLBI用の単一効果的開口部を形成すること。
• サブミリ波長域で非常に長い基線干渉計測技術（VLBI）を適用し、マイクロアーセコンドスケールの分解能を達成すること。
• Sgr A* やAGN核のようなコンパクトで明るい天体を観測するためのシミュレーションと実現可能性調査を実施すること。
• 2014年までにALMA位相整合プロジェクト（APP）を通じて国際的連携を図り、ALMAを用いた運用可能なミリ波VLBIを実現すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALMAの位相整合アレイ機能は、銀河中心のブラックホールのイベントホライズンをマイクロアーセコンド未塔の分解能でどのように像として捉えることができるか？
• RQ2 ALMAを用いたミリ波VLBIは、コンパクト天体の精密測定を通じて、一般相対性理論や代替重力理論をどの程度まで検証できるか？
• RQ3 AGNジェットの形成とコリメーションを支配するメカニズムは何か？また、ミリ波VLBIはこれらのプロセスをどのように制約できるか？
• RQ4 宇宙時間の経過に伴う宇宙論的フィードバックプロセスとブラックホール成長はどのように進化するのか？ミリ波VLBIはそれらをどのように探査する役割を果たすか？
• RQ5 ALMAを用いたミリ波VLBIは、遠方銀河における星間媒体および周核領域ガスを特徴付ける赤方偏移した分子線および原子線を検出・分析できるか？

主な発見

• ALMAをグローバルなミリ波VLBIネットワークに統合することで、感度と分解能が画期的な飛躍を遂げ、マイクロアーセコンドスケールの画像化が可能になると予想される。
• Sgr A*、AGN核、メーザー領域など、幅広い科学的ターゲットが、将来のミリ波VLBI観測の優先課題として特定された。
• ALMA位相整合プロジェクト（APP）は、2014年末までにビームフォーミングおよびVLBI機能を実現する予定であり、ALMAを用いた運用可能なミリ波VLBIの実現が見込まれる。
• ヨーロッパの研究者たちは、ALMAを用いたミリ波VLBIに強い関心を示しており、特に一般相対性理論の検証、ブラックホール降着およびジェット物理学の研究が中心的である。
• ALMAのミリ波VLBIへの統合により、高赤方偏移銀河における微弱でコンパクトな構造の検出が可能となり、宇宙メーザーの測定が画期的な精度で可能になる。
• 報告書は、ALMAを用いたミリ波VLBIが、微細構造定数の変動や宇宙論的パラメータの探査を含む、基礎物理学分野における新たなフロンティアを開くと確認している。