2017 Fiscal Year Annual Research Report
general relativistic magnetohydrodynamic simulations of relativistic jet formation and particle acceleration
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15K17670
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
水田 晃 国立研究開発法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 研究員 (90402817)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 活動銀河核ジェット / 磁気流体力学 / 一般相対性理論 / ブラックホール / 降着円盤 / 宇宙線 / 粒子加速 / ブレーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
降着円盤内部の磁気回転不安定性の成長をこれまでよりも正確に再現するため高解像度磁気流体シミュレーションを行い、降着円盤の時間変動性や、同程度の時間スケールで降着円盤鉛直方向に放出されるアルフヴェン波がジェット中を伝播すること、この波が電磁波モードに変換された時に粒子加速を起こし得る相対論的大振幅波であることを示した。
極座標で極角方向のグリッドを不等間隔メッシュとし、グリッド数は変えず、赤道面に集中させることにより磁気回転不安定性の最大成長率を与える波長を捕獲可能な解像度の計算を行った。降着円盤内縁付近、赤道面での磁場成長の時間スケールはこれまでの初期条件と同じにもかかわらず短くなり、磁気回転不安定性の線形理論で考えられる最大成長率のモードの成長時間スケール程度なった。降着円盤内部での磁場成長に伴い角運動量輸送がおきることにより質量降着が実現される。磁場成長の短時間変動と同期してブラックホール表面での質量降着率にも時間変動が見られた。降着円盤内部で増幅された磁場は数値的におきる磁気再結合によって磁気散逸し、熱や運動エネルギーに変換され減衰するが、また、磁場増幅のフェーズが始まる。降着円盤内部ではこのサイクルが繰り返しおきる。降着円盤内部で磁気エネルギーが解放される時に鉛直方向にはアルフヴェン波が放出されその一部はジェット中を伝播する。この波はやがて電磁波モードに変換されると期待され、大振幅の波によって用紙は最高エネルギー宇宙線にまで加速され、加速された電子は磁場との相互作用などによってブレーザーで見られる高エネルギーガンマ線を放出する。観測されている時間変動とシミュレーションで見られたジェット中を伝播するアルフヴェン波の時間スケールが同程度となり、時間変動性を説明できることを示した。
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