磁気流体数値実験による相対論的ジェットの物理状態の解明

• Project/Area Number: 22K14032
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大村 匠 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (50907524)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 活動銀河核ジェット / 磁気流体シミュレーション / 宇宙線 / 流体 / 数値シミュレーション / 電波天文学 / 衝撃波 / 乱流

Outline of Research at the Start

銀河中心部に位置する大質量ブラックホールからは相対論的速度を持つプラズマジェットが噴出している。ジェットの吹き溜まりであるローブからは非熱的な多波長電磁放射が観測されている。本研究では、ジェットのダイナミクスと非熱的放射を担う宇宙線進化を一貫して解く磁気流体シミュレーションを実施し、最新の電波観測結果と空間構造まで考慮した比較を行うことでジェットの物理状態及び、宇宙線加速機構を理解する。

Outline of Annual Research Achievements

相対論ジェットの終端に形成される電波ローブは, 超高エネルギー宇宙線の加速源として期待されている. しかし，宇宙線加速を論じる上で重要なジェットのプラズマ組成や磁場，温度，密度といった基本的な物理量に強い制限がついていない．そこで本研究では，電波観測との精密な比較を行うことでジェットの物理状態を解明することを目的とする．
本年度は，非熱的放射をモデル化するために既存の磁気流体シミュレーションコードに宇宙線の空間及びエネルギー時間進化を解くソルバーを開発した．コードの応用課題として，銀河団内で観測されるWide-angle Tiled電波銀河における宇宙線乱流再加速現象の解明を試みた．その結果，電波スペクトルの空間構造の再現には乱流再加速が必要不可欠であること，及び，近傍の電波銀河では将来の硬X線観測の可能性があり，再加速効率を制限しうることがわかった．本成果は学術論文にまとめAPJに投稿し現在査読プロセス中である．また，国内・国際研究会にてそれぞれ１報ずつ発表し，Leiden大学（蘭）ではセミナーを行い高い評価を得ることができている．年度後半では，相対論ジェットの宇宙線加速機構解明に迫るべく，乱流再加速に加え衝撃波加速の物理を加えたモデル構築の検討をおこなった．
本成果に加えて，ジェット内部での電子と陽子の温度非熱平衡を考慮したシミュレーションを実施し，２報学術論文として投稿した．また，偏波放射模擬観測に特化した数値コードを共同研究者との開発を行い，渦状電波に適応し論文を出版している．

Research Products

• [Journal Article] Pseudo-observation of spiral galaxies in the radio band to verify depolarization models (2023)
  • Author(s): Tashima Yuta、Ohmura Takumi、Machida Mami
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 75 Issue: Supplement_1 Pages: S123-S137
  • DOI: 10.1093/pasj/psac103
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Wideangle tailed電波銀河からの非熱的放射 (2022)
  • Author(s): 大村匠，浅野勝晃，西脇公祐，酒見はる香，町田真美
  • Organizer: 日本天文2023年春季年会
• [Presentation] Two-temperature magetohydrodynamic simulation of jets in galaxy cluster - The X-ray property of the forward shocks - (2022)
  • Author(s): Takumi Ohmura, Mami Machida, Hiroki Akamatsu
  • Organizer: AAPPS-DPP2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Non-thermal emissions of a head-tail galaxy in 3D MHD simulation (2022)
  • Author(s): Takumi Ohmura, Katsuaki Asano, Kosuke Nishiwaki, Haruka Sakemi, Mami Machida
  • Organizer: ENAM9
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The X-ray property of the forward shock in magnetohydrodynamic simulation of active galactic nucleus jets (2022)
  • Author(s): Takumi Ohmura, Mami Machida, Hiroki Akamatsu
  • Organizer: IAUGA2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Non-thermal emission from head-tail galaxy in three dimensional magnetohydrodynamic simulations (2022)
  • Author(s): Takumi Ohmura, Mami Machida
  • Organizer: IAUGA2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The inceraction between an radio jet and an intra-cluster magnetic field seen by MeerKAT (2022)
  • Author(s): Takumi Ohmura, James Chibueze, Haruka Sakemi, Mami Machida, Hiroki Akamatsu, Takuya Akahori, Hiroyuki Nakanishi, Viral Parekh, Ruby van Rooyen, Tsutomu Takeuch
  • Organizer: COSPAR2022
  • Int'l Joint Research