Cosmic-ray acceleration and neutrino emission in black-hole accretion flows
| Project/Area Number |
22K14028
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
木村 成生 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20865795)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
|
|---|
| Keywords | 宇宙ニュートリノ / 宇宙線 / ブラックホール降着流 / 電波銀河 / 活動銀河核ジェット / 粒子加速 / 活動銀河核 / 天体ニュートリノ |
|---|
| Outline of Research at the Start |
宇宙線はほぼ光速で地上へと降り注ぐ高エネルギーの荷電粒子であり、その生成機構と起源天体は未解明である。宇宙線起源天体の同定に有用な天体ニュートリノも2012年に検出されたが、その起源天体も未知である。これまでのデータと整合的である候補天体として活動銀河核の降着流が考えられているが、そこでの宇宙線生成過程はよくわかっていない。本研究では、磁気流体シミュレーションとテスト粒子シミュレーションを組み合わせる手法により、降着流での宇宙線生成過程を解明する。その後、降着流からのニュートリノ信号を予言し、実験・観測データとの関係を議論することで降着流がニュートリノ起源天体かどうかを明らかにする。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
近年の電磁波観測から、電波で明るい活動銀河核ではブラックホール周囲の磁場が強い強磁場降着流が実現すると考えられている。しかし、強磁場の降着流で生じる非熱的現象についてはあまり調べられていない。また、ブラックホール近傍での非熱的現象は宇宙物理学の長年の問題である電波ジェットへの質量注入機構とも深く関連している。そこで今年度は強磁場降着流におけるガンマ線放射過程に関する研究を進めた。
まず、我々は強磁場降着流で磁気リコネクションにより加速された陽子がガンマ線放射を担うモデルを構築し、多数のガンマ線で検出されている電波銀河に適用した。その結果、質量降着率が小さい天体では強磁場降着流モデルでガンマ線のデータを説明できるが、質量降着率が大きな天体では強磁場降着流からの放射ではガンマ線データを説明できないことが明らかになった。
また、近年の数値シミュレーションから、強磁場降着流周辺ではブラックホールのごく近傍で磁気リコネクション過程が生じることが明らかとなってきた。我々はこの時におけるガンマ線放射を定式化し、磁気リコネクションが電波ジェットへの質量注入機構となることを示した。このシナリオでは電波観測から予期されるプラズマの量を自然に説明できる初めてのシナリオとなっている。このシナリオは将来のX線観測を用いて検証できることも提案した。
また、電波で暗い活動銀河核の降着流における宇宙線加速過程に関する数値シミュレーションを行なっており、高解像度の磁気流体シミュレーションを完了した。今後、乱流データの解析とテスト粒子シミュレーションを行ない、降着流での宇宙線の振る舞いを見ていく予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
強磁場降着流中での磁気リコネクションにおける粒子加速過程を現象論的に用いてそこからのガンマ線放射過程を計算し、２本の論文を出版することができた。また、電波で暗い活動銀河核での宇宙線加速シミュレーションにおいて最も計算コストの大きな磁気流体シミュレーションを完了することができた。次年度中にはテスト粒子シミュレーションを行い、降着流での宇宙線加速過程に関する理解を深めることができると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
強磁場降着流での宇宙線加速現象はParticle-in-Cell法を用いて様々なグループが活発に研究している。しかし、磁気流体スケールのシミュレーションとテスト粒子シミュレーションを組み合わせて、この系で達成できる最高エネルギーを調べる研究はまだ行われていない。今後、テスト粒子計算コードを一般相対論へと拡張子し、強磁場降着流での宇宙線の加速・伝播過程を理解する。
また、電波で暗い活動銀河核の降着流のシミュレーションも継続して進めていく。これまでは暗い低光度活動銀河核の降着流でのシミュレーションを行なってきたが、明るい活動銀河核であるクエーサーでは降着流の力学構造が異なると考えられる。それぞれの場合でシミュレーションを行い、降着流における宇宙線加速過程に関する理解を深めていく。
|
Report
(1 results)
Research Products
(23 results)
