多階層シミュレーションで明らかにする活動銀河中心核ガス構造の解明

• Project/Area Number: 24K17080
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 工藤 祐己 東北大学, 理学研究科, 特任研究員 (00982810)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2029-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2028: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2027: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2026: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 活動銀河中心核 / 流体シミュレーション / 輻射輸送 / アウトフロー / 数値計算

Outline of Research at the Start

活動銀河中心核（AGN）は、統一モデルのガス構造に加えて、近年の高空間分解能観測や多波長観測から、周期的な時間変動やアウトフローなど、異なる空間スケールで相互作用するガスやダストの動きが重要であることが明らかになっている。本研究では、4桁以上に及ぶ計算領域を同時に計算する多階層シミュレーションを実施し、異なる空間スケールの相互作用によって形成された階層的なガスとその動的構造によって、遮蔽トーラスから降着円盤に至るまでのガス供給/噴出機構を明らかにする。また、擬似多波長観測を行うことで、統一モデルやアウトフロー、時間変動に関する最新の観測結果を検証と予測を行う。

Outline of Annual Research Achievements

活動銀河中心核（AGN）は、統一モデルのガス構造に加えて、近年の高空間分解能観測や多波長観測から、周期的な時間変動やアウトフローなど、異なる空間スケールで相互作用するガスやダストの動きが重要であることが明らかになっている。本研究の目的は、約4桁に及ぶ計算領域を同時に計算する多階層シミュレーションからこれらの観測的特徴を説明する理論モデルを構築することである。今年度の成果は以下の通りである。
1. ブラックホール質量を固定して明るさを変化させた場合の輻射流体シミュレーションを実施した。時間平均したガス噴出流の力学構造は重力とガス圧と輻射力が支配的になる領域があることやガス密度の動径分布が質量保存則に従う冪則に従うことを明らかにした(Kudoh et al. 2024)。
2. 1で用いたシミュレーションコードを中心光源をブラックホール質量に依存したモデルへ拡張子した。また、高密度側の熱的進化を考慮できるようにした。
3. 成果１のデータを用いて、輻射輸送コードRADMC3Dに電離ガスからの自由自由放射過程を加えた低周波帯での擬似観測を行った。噴出流におけるダストを纏うまたはダストのない電離ガスが蓄積する領域が存在することで、空間分解能によって自由自由放射領域に対応した構造が現れることが予想できることを示した。また、このコードにシンクロトロン放射を考慮するモジュールを加えた。
成果1の出版および、1-3に関して国内外研究会で講演を行なった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

輻射流体シミュレーションについて、明るさとブラックホール質量をパラメータにしたモデル計算を行えるようになった。また輻射輸送計算コードについて、自由自由放射を考慮した熱的ガスからの寄与を調べ、シンクロトロン放射のモジュールを加えた。

Strategy for Future Research Activity

流体シミュレーション(Kudoh et al. 2024) の力学モデルで予想する電離ガスからの自由自由放射の寄与を輻射輸送によって明らかにする。電波観測による電離ガスの寄与を調べるためのEAVNやSKAに向けた議論を進める。

Research Products

• [Journal Article] Multiphase Gas Nature in the Sub-parsec Region of the Active Galactic Nuclei. III. Eddington Ratio Dependence on the Structures of Dusty and Dust-free Outflows (2024)
  • Author(s): Kudoh Yuki、Wada Keiichi、Kawakatu Nozomu、Nomura Mariko
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 977 Issue: 1 Pages: 48-48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad8b42
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 活動銀河中心核sub-mm 波連続放射における電離ガスアウトフローの寄与 (2025)
  • Author(s): 工藤祐己
  • Organizer: 天文学会 2025年春季年会
• [Presentation] Development of Radiative Transfer Code for Ionized Gas and Dust Based on Simulation Data (2024)
  • Author(s): Yuki Kudoh
  • Organizer: Cosmic Magnetism in the Pre-SKA Era
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hydrodynamic simulations of radiation-driven sub-parsec scale multiphase outflows in active galactic nuclei (2024)
  • Author(s): Yuki Kudoh
  • Organizer: AAPPS-DPP 2024
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 活動銀河中心核サブパーセクスケールにおける輻射駆動アウトフローの力学構造 (2024)
  • Author(s): 工藤祐己
  • Organizer: 日本流体力学会 年会2024