Study of various black hole outflows by three-dimensional radiation-magnetohydrodynamics simulations

• Project/Area Number: 15K05036
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: Ohsuga Ken 国立天文台, 理論研究部, 助教 (90386508)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): TAKAHASHI HIROYUKI 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 特任助教 (80613405) ; KAWASHIMA TOMOHISA 国立天文台, 理論研究部, 特任研究員 (90750464)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: ブラックホール / 降着円盤 / アウトフロー / 数値シミュレーション / ジェット

Outline of Final Research Achievements

By performing numerical simulations, we investigated inflow-outflow structure around black holes and neutron stars. We revealed the outflows are launched via the radiation forces for the electron scattering when the accretion rate of the disk is larger than the Eddington rate and for the bound-bound absorption in the case of the near-Eddington disks. We also indicated that the radiatively outflows are fragments into many gas clumps. It was found that the mass accretes onto the vicinity of the magnetic poles when the central object is the magnetized neutrons stars. Our new results can explain the outflows and luminosity variation observed in the active galactic nuclei and X-ray binaries.

Research Products

• [Journal Article] Rapid growth of black holes accompanied with hot or warm outflows exposed to anisotropic super-Eddington radiation (2018)
  • Author(s): Takeo Eishun、Inayoshi Kohei、Ohsuga Ken、Takahashi Hiroyuki R、Mineshige Shin
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 476 Issue: 1 Pages: 673-682
  • DOI: 10.1093/mnras/sty264
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional structure of clumpy outflow from supercritical accretion flow onto black holes (2018)
  • Author(s): Kobayashi Hiroshi、Ohsuga Ken、Takahashi Hiroyuki R、Kawashima Tomohisa、Asahina Yuta、Takeuchi Shun、Mineshige Shin
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Issue: 2 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/pasj/psx157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Supercritical Accretion onto a Non-magnetized Neutron Star: Why is it Feasible? (2018)
  • Author(s): Takahashi Hiroyuki R.、Mineshige Shin、Ohsuga Ken
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 853 Issue: 1 Pages: 45-45
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa082
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Theoretical modeling of Comptonized X-ray spectra of super-Eddington accretion flow: Origin of hard excess in ultraluminous X-ray sources (2017)
  • Author(s): Kitaki Takaaki、Mineshige Shin、Ohsuga Ken、Kawashima Tomohisa
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Issue: 6 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/pasj/psx101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] General Relativistic Radiation MHD Simulations of Supercritical Accretion onto a Magnetized Neutron Star: Modeling of Ultraluminous X-Ray Pulsars (2017)
  • Author(s): Takahashi Hiroyuki R.、Ohsuga Ken
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 845 Issue: 1 Pages: L9-L9
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa8222
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhancement of Feedback Efficiency by Active Galactic Nucleus Outflows via the Magnetic Tension Force in the Inhomogeneous Interstellar Medium (2017)
  • Author(s): Asahina Yuta、Nomura Mariko、Ohsuga Ken
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 840 Issue: 1 Pages: 25-25
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6c5f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation hydrodynanmic simulations of a super-Eddington accretor as a model for ultra-luinous sources (2017)
  • Author(s): Ogawa, T., Mineshige, S., Kawashima, T., Ohsuga, K., Hashizume, K.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Issue: 2 Pages: 33-33
  • DOI: 10.1093/pasj/psx006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Line-driven disc wind model for ultrafast outflows in active galactic nuclei - scaling with luminosity (2017)
  • Author(s): M. Nomura, K. Ohsuga
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 465 Issue: 3 Pages: 2873-2879
  • DOI: 10.1093/mnras/stw2877
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A radiation-hydrodynamic model of accretion columns for ultra-luminous X-ray pulsars (2016)
  • Author(s): Tomohisa Kawashima, Shin Mineshige, Ken Ohsuga, Takumi Ogawa
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 68 Issue: 5 Pages: 83-89
  • DOI: 10.1093/pasj/psw075
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation of Overheated Regions and Truncated Disks around Black Holes: Three-dimensional General Relativistic Radiation-magnetohydrodynamics Simulations (2016)
  • Author(s): Hiroyuki R. Takahashi, Ken Ohsuga, Tomohisa Kawashima, Yuichiro Sekiguchi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 826 Issue: 1 Pages: 23-31
  • DOI: 10.3847/0004-637x/826/1/23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Radiation hydrodynamic simulations of line-driven disk winds for ultra-fast outflows (2016)
  • Author(s): Nomura, M., Ohsuga, K., Takahashi, H. R., Wada, K., & Yoshida, T.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 68 Issue: 1 Pages: 16-31
  • DOI: 10.1093/pasj/psv124
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Numerical Scheme for Special Relativistic Radiation Magnetohydrodynamics Based on Solving the Time-dependent Radiative Transfer Equation (2016)
  • Author(s): Ohsuga, K. & Takahashi, H. R
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 818 Issue: 2 Pages: 162-175
  • DOI: 10.3847/0004-637x/818/2/162
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Radiation drag effects in black hole outflows from super-critical accretion disks via special relativistic radiation magnetohydrodynamics simulations (2015)
  • Author(s): Takahashi, Hiroyuki R.; Ohsuga, Ken
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: - Issue: 4 Pages: 60-70
  • DOI: 10.1093/pasj/psu145
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radiation hydrodynamics simulations of wide-angle outflows from super-critical accretion disks around black holes (2015)
  • Author(s): Hashizume, Katsuya; Ohsuga, Ken; Kawashima, Tomohisa; Tanaka, Masaomi
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: - Issue: 4 Pages: 58-67
  • DOI: 10.1093/pasj/psu132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison between Radiation-Hydrodynamic Simulation of Supercritical Accretion Flows and a Steady Model with Outflows (2015)
  • Author(s): Jiao, C-L., Mineshige, S., Takeuchi, S., Ohsuga, K.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 806 Issue: 1 Pages: 93-110
  • DOI: 10.1088/0004-637x/806/1/93
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 振動数依存型一般相対論的輻射磁気流体シミュレーションコードの開発 (2018)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健, 小川拓未
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 超臨界降着するブラックホールと中性子星の輻射スペクトル比較 (2018)
  • Author(s): 川島朋尚, 大須賀健, 高橋博之
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 超新星残骸W44超高速度分子雲の起源II;磁気流体シミュレーション (2018)
  • Author(s): 野村真理子、岡 朋治、山田真也、竹川俊也, 大須賀健, 高橋博 之, 朝比奈雄太
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] ブラックホールの超臨界成長・円盤スペクトルの効果 (2018)
  • Author(s): 竹尾英俊, 稲吉恒平, 大須賀健, 高橋博之, 嶺重慎
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 超新星残骸W44超高速度成分の磁気流体シミュレーション (2017)
  • Author(s): 野村真理子, 岡朋治, 山田真也, 竹川俊也, 大須賀健, 高橋博之, 朝比奈雄太
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 自己無矛盾なラインフォース駆動型円盤風モデルの構築 (2017)
  • Author(s): 野村真理子, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 超臨界降着流のラインスペクトルの輻射輸送計算 (2017)
  • Author(s): 北木孝明, 嶺重慎, 小高裕和, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] ブラックホールへ落下するスパイラルガス雲の運動と放射特性 (2017)
  • Author(s): 森山小太郎, 嶺重慎, 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 強磁場中性子星の超臨界降着柱の構造 (2017)
  • Author(s): 川島朋尚, 嶺重慎, 大須賀健, 小川拓未
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 双極子磁場を持つ中性子星への超臨界降着の一般相対論的輻射磁気流体シミュレーション (2017)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 磁気張力による活動銀河核アウトフローのフィードバック効率の上昇 (2017)
  • Author(s): 朝比奈雄太, 野村真理子, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 輻射流体力学によるブラックホール研究の進展と課題 (2017)
  • Author(s): 大須賀健
  • Organizer: 天体形成論～過去・現在・未来
  • Invited
• [Presentation] 最新のMHD計算に基づく超臨界降着 (2017)
  • Author(s): 大須賀健
  • Organizer: 磁気流体プラズマで探る高エネルギー天体現象研究会
  • Invited
• [Presentation] BH降着円盤の相対論的輻射流体シミュレーション (2017)
  • Author(s): 大須賀健
  • Organizer: ポスト「京」時代の天体形成シミュレーション研究会
  • Invited
• [Presentation] ジェットによるULXバブル形成のシミュレーション (2017)
  • Author(s): 朝比奈雄太, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 一般相対論的多次元ボルツマン輻射磁気流体コードの開発 (2017)
  • Author(s): 朝比奈雄太, 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 観測的可視化のための一般相対論的輻射輸送コードの開発 (2017)
  • Author(s): 川島朋尚, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 一般相対論的輻射磁気流体計算による中性子星への超臨界降着とアウトフロー形成機構 (2017)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 中性子星への超臨界降着は可能か? (2017)
  • Author(s): 高橋博之, 嶺重慎, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 超臨界降着円盤から吹き出すクランピーアウトフローの３次元輻射流体シミュレーション (2017)
  • Author(s): 小林弘, 大須賀健, 高橋博之, 朝比奈雄太、川島朋尚, 嶺重慎
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] ラインフォース駆動型円盤風によるSMBH進化の自己制御機構 (2017)
  • Author(s): 野村真理子, 大須賀健, Chis Done
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] ULXとULSの統統合モデル (2017)
  • Author(s): 小川拓未, 嶺重慎, 川島朋尚, 大須賀健, 高橋博之, 朝比奈雄太
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 超臨界降着流のスペクトルの振る舞いと硬X線の起源 (2017)
  • Author(s): 北木孝明, 嶺重慎, 川島朋尚, 大須賀健, 川島朋尚
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 多次元効果を考慮したブラックホールの超臨界成長・アウフとロー (2017)
  • Author(s): 竹尾英俊, 稲吉恒平, 大須賀健, 高橋博之, 嶺重慎
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 超臨界降着による巨大ブラックホールの成長について (2016)
  • Author(s): 大須賀健
  • Organizer: 超巨大ブラックホール研究推進連絡会
  • Place of Presentation: 東京大学天文教育センター（東京都三鷹市）
  • Year and Date: 2016-12-09
  • Invited
• [Presentation] Theory of Ultra luminous X-ray sources (2016)
  • Author(s): Ohsuga, K.
  • Organizer: Breaking the Limits: Super-Eddington Accretion on Compact Objects
  • Place of Presentation: Sardinia, Italy
  • Year and Date: 2016-09-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 2次元輻射流体計算から迫る、宇宙初期の超大質量ブラックホールの起源 (2016)
  • Author(s): 竹尾英俊, 嶺重慎, 大須賀健, 高橋博之, 稲吉恒平
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] ULSとULXの統合モデル (2016)
  • Author(s): 小川拓未, 嶺重慎, 川島朋尚, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 活動銀河核アウトフローによる星間ガスへのフィードバックの磁気流体計算 (2016)
  • Author(s): 朝比奈雄太, 野村真理子, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 強磁場中性子星極冠への超臨界降着柱の輻射流体シミュレーション：ULXパルサーへの応用 (2016)
  • Author(s): 川島朋尚, 嶺重慎, 大須賀健, 小川拓未
  • Organizer: 日本天文学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県・松山市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 一般相対論的輻射磁気流体による超臨界降着円盤シミュレーション (2016)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 中性子星周囲の超臨界降着円盤の一般相対論的輻射磁気流体シミュレー ション (2016)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] ULXパルサーの超臨界降着シミュレーション (2016)
  • Author(s): 川島朋尚, 嶺重慎, 大須賀健, 小川拓未
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] Ultfa Fast Outflowのラインフォース駆動型モデル: 質量・エネルギー放出率とAGN光度依存性 (2016)
  • Author(s): 野村真理子, 大須賀健, 高橋博之
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] Radiation magnetohydrodynamics simulations of accretion flows and outflows around black holes (2015)
  • Author(s): Ohsuga, K.
  • Organizer: Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2015)
  • Place of Presentation: Nara Kasugano International Forum IRAKA（奈良県奈良市）
  • Year and Date: 2015-11-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Radiation-magnetohydrodynamics simulations of black hole accretion flows and outflows (2015)
  • Author(s): Ohsuga, K.
  • Organizer: Prospects, challenges and evolution of AGN modeling in the Astro-H Era
  • Place of Presentation: Rikkyo Univ.（東京都豊島区）
  • Year and Date: 2015-10-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 一般相対論的輻射磁気流体計算による円盤コロナの形成について (2015)
  • Author(s): 高橋博之, 大須賀健, 川島朋尚, 関口雄一郎
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Theory of black hole accretion flows and outflows (2015)
  • Author(s): Ohsuga, K.
  • Organizer: MAX'S 4 QUESTIONS IN X-RAY ASTRONOMY TO BE ADDRESSED WITH ASTRO-H
  • Place of Presentation: Univ. of Tokyo（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-07-31
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Radiation-MHD simulations of black-hole accretion flows and outflows (2015)
  • Author(s): Ohsuga, K.
  • Organizer: Black Hole Accretion and AGN Feedback
  • Place of Presentation: Shanghai, China
  • Year and Date: 2015-07-01
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ブラックホール降着円盤からのアウトフロー；最近の成果と今後の課題 (2015)
  • Author(s): 大須賀健
  • Organizer: 降着円盤大研究会２０１５
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-06-21
  • Invited