general relativistic magnetohydrodynamic simulations of relativistic jet formation and particle acceleration

• Project/Area Number: 15K17670
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Mizuta Akira 国立研究開発法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 研究員 (90402817)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ブラックホール / 宇宙ジェット / 降着円盤 / 磁気流体力学 / 一般相対性理論 / 活動銀河核ジェット / 宇宙線 / 粒子加速 / ブレーザー / 一般相対論 / 磁気流体シミュレーション / 航跡場加速

Outline of Final Research Achievements

We have performed global general relativistic magneto-hydrodynamic simulations of accretion flows onto a black hole. We observed magnetic field amplification via magnetorotational instabilities (MRIs) and dissipation of magnetic fields in the accretion disks. The magnetic field amplification and dissipation repeatedly occur. The timescale of magnetic field amplification via MRI is consistent with linear theory. Alfven waves are emitted toward vertical direction from accretion disk to outside. Some of them propagate as relativistic alfven waves in the jet and will be converted to electromagnetic waves. For these waves we can apply theoretical acceleration models proposed by Ebisuzaki & Tajima (2014) for ultra high energy cosmic rays and non-thermal electrons which contributes to the high energy gamma-ray emissions from blazars. Our timescale of alfven waves are consistent with the observed timesclaes of gamma-ray flares of blazars.

Research Products

• [Int'l Joint Research] UC Irvine(米国)
• [Int'l Joint Research] カリフォルニア大学アーバイン校(米国)
• [Int'l Joint Research] UC Irvine(米国)
• [Journal Article] TIME EVOLUTION of KELVIN-HELMHOLTZ VORTICES ASSOCIATED with COLLISIONLESS SHOCKS in LASER-PRODUCED PLASMAS (2016)
  • Author(s): Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 828 Issue: 2 Pages: 93-93
  • DOI: 10.3847/0004-637x/828/2/93
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of the production of intense Alfven pulses: GRMHD simulation of black hole accretion disks (2018)
  • Author(s): Akira MIZUTA
  • Organizer: Dawn of a new era for black hole jets in active galaxies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ブラックホール磁気圏と相対論的ジェット (2018)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 研究会X
• [Presentation] 3D GRMHD シミュレーションによるブラックホール降着円盤 (2018)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: ブラックホール磁気圏研究会
• [Presentation] ブラックホール降着円盤からの大振幅アルフヴェンバーストと粒子加速 (2018)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 日本物理学会第73回年次大会
• [Presentation] ブラックホール降着円盤の系からのジェット形成と宇宙線加速 (2017)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 日本天文学会2017年春季年会
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県博多市）
  • Year and Date: 2017-03-18
• [Presentation] General Relativistic MHD simulation of a blackhole, accretion disk, and jets (2017)
  • Author(s): A. Mizuta
  • Organizer: Plasma Astrophysics and Extreme High Energies
  • Place of Presentation: アーバイン市、アメリカ合衆国
  • Year and Date: 2017-02-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ブラックホール降着円盤の時間変動と相対論的ジェットの活動性 (2017)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 磁気流体プラズマで探る高エネルギー天体現象
• [Presentation] ブラックホール降着円盤からのアルフヴェンバーストによる宇宙線加速とブレーザーの活動性 (2017)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 日本物理学会2017年秋季大会
• [Presentation] ブラックホール降着円盤の時間変動と相対論的ジェットの活動性 (2017)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 高エネルギー宇宙物理研究会
• [Presentation] Characterization of the production of intense Alfven pulses: GRMHD simulation of black hole accretion disks (2017)
  • Author(s): Akira MIZUTA
  • Organizer: Theories of Astrophysical Big Bangs
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 3D GRMHD simulations of accretion flows and relativistic jets for cosmic ray acceleration (2016)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 第6回 DTAシンポジウム 「星形成を軸に俯瞰する磁場の役割とその観測的検証」
  • Place of Presentation: 国立天文台（東京都三鷹市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] 3D GRMHD simulations of relativistic jet launch and particle acceleration (2016)
  • Author(s): A. Mizuta
  • Organizer: Particle Astrophysics and Cosmology Including Fundamental InteraCtions (PACIFIC)
  • Place of Presentation: モーレア島、フランス領ポリネシア
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GRMHD数値実験によるブラックホール降着円盤とジェット非軸対称性の重要性 (2016)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 日本天文学会2016年春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-15
• [Presentation] 3D-GRMHD simulation of black hole and accretion disk (2016)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 第9回『ブラックホール磁気圏 勉強会』研究会
  • Place of Presentation: マウントレースイホテル（北海道・夕張市）
  • Year and Date: 2016-03-04
• [Presentation] GRMHD simulations of black hole and accretion disk (2016)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2015
  • Place of Presentation: 東京大学宇宙線研（千葉県・柏市）
  • Year and Date: 2016-01-14
  • Invited
• [Presentation] 3D-GRMHD シミュレーションによるブラックホール降着円盤からのジェット形成 (2015)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 高エネルギー宇宙物理学研究会 2015
  • Place of Presentation: ときわや（静岡県・沼津市）
  • Year and Date: 2015-11-26
• [Presentation] 3D GRMHD simulations of jets from black hole and accretion disk (2015)
  • Author(s): Akira Mizuta
  • Organizer: Symposium on Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2015)
  • Place of Presentation: 奈良春日野国際フォーラム（奈良県・奈良市）
  • Year and Date: 2015-11-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Launching magnetized relativistic jets and cosmic ray acceleration by wake field acceleration by strong Alfvenic wave (2015)
  • Author(s): Akira Mizuta
  • Organizer: Outlook on Wake Field Acceleration: the Next Frontier
  • Place of Presentation: CERN（スイス・ジュネーブ市）
  • Year and Date: 2015-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3D GRMHD simulations of jet launch from BH and accretion disk (2015)
  • Author(s): Akira Mizuta
  • Organizer: HEAP2015
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2015-10-06
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 3D GRMHD数値実験によるブラックホール降着円盤とジェット形成 (2015)
  • Author(s): 水田晃
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-10
• [Presentation] 3D GRMHD simulations of jet formation from accretion disk (2015)
  • Author(s): 水田晃
  • 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