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2015 Fiscal Year Annual Research Report

一般相対論的輻射流体によるブラックホール超臨界降着流と超大質量星の研究

Research Project

Project/Area Number 15H03638
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

梅村 雅之  筑波大学, 数理物質系, 教授 (70183754)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高橋 労太  苫小牧工業高等専門学校, 理系総合学科, 准教授 (40513453)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Keywords宇宙物理学
Outline of Annual Research Achievements

代表者と分担者は共同で,一般相対論的輻射輸送計算コードの開発を行った。このコードは,代表者らが開発した非相対論的な6次元輻射輸送コードARTの計算手法を,一般相対論的な時空計量に適用したものである。ブラックホール時空としては,Kerr時空を用いる。Kerr時空を記述する座標系としては,Boyer-Linquist座標とKerr-Shild座標があるが,Boyer-Linquist座標は,地平面が特異面となる座標系であるため,光が地平面に近づくにつれて,時間が進まなくなる。この結果,地平面近くでの光の軌跡を追うことが事実上困難になる。一方,Kerr-Shild座標の場合は,有限時間で地平線を横切る光線を扱うことができ,地平面内に吸い込まれる光と地平線付近を周回して脱出する軌道を同時に解くことが可能となる。本研究では,Kerr-Shild座標を用いて,共変形式の輻射輸送方程式を解いた。この輻射輸送コードは,測地線に沿って光の軌跡を時間依存で解くため,因果律が厳密に満たされ,光線の湾曲,時空の引きずり,重力赤方偏移等の一般相対論効果を正しく扱うことができることが確認できた。また,これまでの近似法のように波面の衝突は起こらず,波として交差することが可能である。さらに,因果律を保つような散乱過程の実装も行い,ブラックホール周りを回転する光源からの波面の伝播テスト計算で,正しい振る舞いが得られることを実証した。これらの成果は現在論文としてまとめている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Kerr-Shild座標を用いた一般相対論的輻射輸送計算コードの開発において,因果律が厳密に満たされ,光線の湾曲,時空の引きずり,重力赤方偏移等の一般相対論効果を正しく扱うことができることが確認できた。また,波面の衝突は起こらず,波として交差する計算が可能である。散乱の取り扱いが懸案であったが,因果律を保つような散乱の計算法を実装し,ブラックホール周りの波面の伝搬テストで正しく解けることを示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

散乱を含めた一般相対論的輻射輸送計算コードが出来上がったので,これをさらに改良し,光学的に厚い領域と薄い領域とを分けて扱うことができるようにする。超臨界降着流の計算においては,光子捕獲が起こる光学的に厚い領域と光子の脱出が起こる光学的に薄い領域を同時に扱う必要がある。光学的に十分厚い領域では,光子は多重散乱によって拡散する。一方光学的に薄い領域に入ると,平均自由行程以内で光子は脱出する。これまでのFLD法(フラックス制限拡散近似)では,光学的に薄い部分の輻射輸送は解かず,フラックス制限関数によって近似してきたが,我々の方法はこのフラックス制限近似の部分を輻射輸送計算に置き換えることに対応する。一般相対論的なFLD近似については,先行研究で定式化が行われている。共変形式の輻射拡散の部分と,我々が開発した共変形式の輻射輸送計算コードを結びつけ,光学的厚さの広いレンジに渡って適用可能な一般相対論的輻射輸送計算コードが完成する。そして,大局的な一般相対論的輻射輸送計算で得られた局所ローレンツ系でのエディントン・テンソルをテトラド変換により曲率空間(リーマン空間)へ移し,一般相対論的流体方程式と結合することで,一般相対論的輻射流体コードを開発する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2016 2015

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Subparsec-scale dynamics of a dusty gas disk exposed to anisotropic AGN radiation with frequency-dependent radiative transfer2016

    • Author(s)
      Namekata, Daisuke; Umemura, Masayuki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Galaxy-scale AGN feedback - theory2016

    • Author(s)
      Wagner, A. Y.; Bicknell, G. V.; Umemura, M.; Sutherland, R. S.; Silk, J.
    • Journal Title

      Astronomische Nachrichten

      Volume: 337 Pages: 167-174

    • DOI

      10.1002/asna.201512287

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Early cosmic merger of multiple black holes2015

    • Author(s)
      Tagawa, H.; Umemura, M.; Gouda, N.; Yano, T.; Yamai, Y.
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 451 Pages: 2174-2184

    • DOI

      10.1093/mnras/stv1099

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] AGN feedback by relativistic jets2015

    • Author(s)
      Bicknell, G. V.; McNamara, B. R.; Nawaz, M. A.; Sutherland, R. S.; Umemura, M.; Wagner, A. Y.;
    • Journal Title

      Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium

      Volume: 313 Pages: 101-107

    • DOI

      10.1017/S174392131500201X

    • Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] z>10 の初代天体における中性子星連星の合体2016

    • Author(s)
      田川寛通, 梅村雅之, 郷田直輝
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      首都大学東京,八王子市
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-17
  • [Presentation] 輻射流体計算で探る活動銀河核トーラスのダスト昇華半径付近の構造2015

    • Author(s)
      行方大輔, 梅村雅之
    • Organizer
      ALMAワークショップ「AGN銀河の中心1kpc → 1pcスケールでの質量降着機構の理解に向けて」
    • Place of Presentation
      国立天文台, 三鷹市
    • Year and Date
      2015-12-21 – 2015-12-22
  • [Presentation] 一般相対論的輻射流体力学計算コードの開発2015

    • Author(s)
      梅村雅之,高橋労太
    • Organizer
      「超巨大ブラックホール研究推進連絡会」第3回ワークショップ
    • Place of Presentation
      甲南大学,神戸市
    • Year and Date
      2015-10-17 – 2015-10-18
  • [Presentation] 活動銀河核トーラス内縁部の輻射流体計算2015

    • Author(s)
      行方大輔, 梅村雅之
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      甲南大学,神戸市
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-12
  • [Presentation] 3次元輻射流体計算による非等方背景輻射場中の球状星団形成過程の研究2015

    • Author(s)
      安部牧人,梅村雅之,長谷川賢二
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      甲南大学,神戸市
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-12
  • [Presentation] SPH-based Lyα 輻射輸送コードの開発2015

    • Author(s)
      鈴木裕行, 長谷川賢二, 梅村雅之, Benoit Semelin
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      甲南大学,神戸市
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-12
  • [Presentation] 初期宇宙における多重ブラックホールの合体過程の研究2015

    • Author(s)
      田川寛通, 梅村雅之, 郷田直輝, 矢野太平
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      甲南大学,神戸市
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-12

URL: 

Published: 2017-01-06  

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