| Project/Area Number |
20K14473
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Keio University (2021-2023)
Fukuoka University (2020) |
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Principal Investigator |
松本 仁 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (70722247)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 磁場増幅機構 / 活動銀河核ジェット / 相対論的電磁流体シミュレーション / 不安定性 / 流体不安定性 / 数値シミュレーション / 流体 |
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| Outline of Research at the Start |
活動銀河核ジェットとは、銀河中心に存在する巨大ブラックホール（太陽質量の10億倍程度）から光速に近い相対論的速度でプラズマが細く絞られて流れ出す非常に特異な現象である。本研究では、三次元一般相対論的電磁流体シミュレーションを駆使し、巨大ブラックホール近傍でのジェット駆動及び、銀河間空間でのジェットの伝搬を無矛盾に解き、活動銀河核ジェットの力学進化を統一的に理解する。また、ジェットの相対論的な速度への加速メカニズム、ジェット構造の安定性条件を解明することで、活動銀河核ジェットの電波観測によるモルホロジーの分類の物理的起源に迫ることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
回転しているコンパクト天体からのジェット駆動メカニズムというシナリオにおいて、大質量星の重力崩壊時におけるジェット生成と活動銀河核ジェットには共通する物理機構があると考えられる。とりわけ、ジェット生成シナリオにとって回転と磁場の親和性は高く、それらの相互作用における基礎的な理解が必要不可欠である。そこで磁場を有した大質量星の重力崩壊シミュレーションを行った。
大質量星が重力崩壊する直前のフェーズにおいて、高速回転、低速回転、無回転の場合を計算したところ、高速回転強磁場モデルでは、回転エネルギーから磁気エネルギーへの効率的な転換が生じ、磁気圧駆動のジェットが生成された。一方、高速回転モデルであっても重力崩壊直前の親星の磁場強度が小さいモデルでは十分な磁場増幅が得られずジェット生成には至らなかった。低速回転、無回転モデルでは、ニュートリノ駆動型の星の爆発が生じた。低速回転モデルを詳細に解析したところ、星の中心部あたりに形成された原始中性子星からのニュートリノによって加熱された物質による対流が起源となり乱流が生じ、爆発に寄与する程の磁場増幅が起きた。これは、密度成層中に生じた対流による上昇下降流が星の回転によるコリオリ力と相互作用することで運動学的ヘリシティが生まれ、α効果による乱流ダイナモ機構が働いたためである。これにより低速回転モデルでは、無回転モデルより爆発が早く生じ、爆発エネルギーが大きくなるという結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究計画では、ブラックホールの回転エネルギーを磁場を介して引き抜き、ジェットの運動エネルギーに転化する活動銀河核ジェットの駆動シミュレーションを実施する予定であるが、数値シミュレーションコードの改修が一部計画に含まれており、2020年に長期的に共同研究者の元を訪れ、集中的かつ効率的にコード改修を行う予定であったが、新型コロナウイルスの大流行により出張が困難となり、その機会を逸したため計画が遅延している。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度行った三次元ジェット伝搬相対論的電磁流体シミュレーションにより、ジェットが強いトロイダル磁場をもつ場合には、ジェット振動にともなう非軸対称モードの流体不安定性の成長は抑えられる一方で、Kink不安定性の成長によりジェットの伝搬軸がねじ曲げられることがわかっている。ジェット構造がねじれる箇所では電流シートが形成されることが想定され、そこで効率的に磁気散逸が生じればジェットの加速につながる可能性がある。ジェットの磁気極性反転モデルにおける三次元伝搬シミュレーションを行い、相対論的ジェットの磁気エネルギーから運動エネルギーへの転換メカニズムを明らかにする。
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