| Project/Area Number |
23K03448
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川島 朋尚 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (90750464)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | ブラックホール / 一般相対論的輻射輸送 / 高エネルギーニュートリノ / マルチメッセンジャー / 降着円盤 / 相対論的ジェット / 粒子加速 / 数値シミュレーション / 一般相対論的輻射輸送計算 / 一般相対論的磁気流体シミュレーション / 降着流・ジェット |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、次世代EHTを含む将来の多波長・マルチメッセンジャー観測に向け、超大質量ブラックホール極近傍の降着流と相対論的ジェットの電波からX線・ガンマ線、高エネルギーニュートリノまでの時間変動イメージとスペクトルを解明し、ブラックホールスピン値や相対論的ジェット形成機構に迫る。そのために、3次元一般相対論的磁気流体シミュレーションおよび一般相対論的多波長輻射・ニュートリノ輸送計算を用いる。特に一般相対論的磁気流体場での宇宙線電子・陽子加速も解くことで、レプトン・ハドロン両起源の非熱的輻射過程に加えニュートリノも扱う世界最先端の大局的3次元理論計算の研究を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
3次元の宇宙線加速・ニュートリノ放射計算コード「ν-RAIKOU」を完成させ、超大質量ブラックホール周囲の低光度降着流における粒子加速・ニュートリノ放射スペクトルを計算した。粒子加速過程としては、hard sphere近似に基づく運動論スケールプラズマにおける乱流加速を仮定した。ニュートリノ放射過程としてはpp過程を計算した。乱流加速やニュートリノ放射過程に用いる背景のプラズマ磁気流体場としては、UWABAMIコードによる高速スピンを伴うブラックホール周囲の低光度降着流の3次元一般相対論的磁気流体シミュレーションによる長時間計算結果を用いた。粒子加速およびニュートリノ放射計算の結果、従来のsingle-zone近似よりもフラットなニュートリノ放射スペクトルが現れることを明らかにした。このフラットのスペクトル形状は、降着流の大局的構造 (時間変動を伴う非一様な磁気流体場の分布)によって、様々な形状のスペクトルが重ね合わせられたことに起因するものである。このような大局的な磁気流体場の構造を取り入れた粒子加速およびニュートリノ放射スペクトル計算は世界初の試みであり、本成果をまとめた論文をAstrophysical Journalに投稿した (Kawashima and Asano submitted)。
また、一般相対論的多波長輻射輸送コードRAIKOUを用いて電波から超高エネルギーガンマ線までの多波長スペクトル計算を実施し、Event Horizon Telescopeの公式論文としてM87の多波長観測データの理論解釈を行った (Algaba et al. 2024)。さらに、相対論的ジェット内部のプラズマ注入過程の解明に向けて、電波観測予測イメージ計算を実施し、将来観測可能な多重リング構造が現れることを示した (Ogihara, Kawashima, Ohsuga 2024)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大局的な構造を持った降着流からの宇宙線加速および高エネルギー・ニュートリノ放射スペクトル計算に世界で初めて成功し、その成果をまとめた論文を投稿した。次の研究計画の1つであるphotohadronic過程も考慮したニュートリノ計算に向けて、輻射場の計算に用いるRAIKOUコードを約30倍高速化することに成功している。今後の計算に用いる非常に強い磁場を伴う降着流のシミュレーション・データも当初予定していたブラックホールスピン値5モデルについて計算が終了し、次のステップへの準備が整いつつある。
また、本研究の目標の一つであるブラックホール・スピン値を制限するための新しい手法について、新たなアイディアに基づく解析に着手し、研究を進捗させている。
これらが自己評価により上記区分を選んだ理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
輻射スペクトルやブラックホールスピン値依存性および電波画像からのスピン値制限手法の開発を行う。また、ニュートリノ放射過程について、pp過程に加え、pγ過程の計算モジュールを開発し、pγ過程が大局的な計算により得られるスペクトルに与える影響を明らかにする。
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