2020 Fiscal Year Annual Research Report
Examining the mechanism of driving black hole jets by using new data of high-resolution radio observations
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18H01245
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
當真 賢二 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (70729011)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ブラックホール / 宇宙ジェット / 活動銀河 / VLBI観測 / MHDシミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
活動銀河核ジェットの高解像度電波観測のターゲットは、近傍で巨大なブラックホールを有するM87銀河である。M87ジェットの中心から遠方に(10-100倍の重力半径程度)離れた領域の電波画像は、外縁部が明るく、また軸付近も別成分として明るい。我々はそれを利用して非熱的電子の空間分布とブラックホール回転速度を制限するという独自の研究を行ってきている。１年目に構築した電磁場のみを解く特殊相対論的な近似ジェットモデルを２年目に物質の運動も解く一般相対論的な近似ジェットモデルに拡張し、そして電子の空間分布が制限されることを確認できた。また１次元の一般相対論的プラズマ粒子シミュレーションを実行し、パラメータサーベイを行い、電磁流体条件が破れる物理を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
３年目の計画の通り、一般相対論的な電磁流体ジェットモデルを構築し、その上で電子分布の境界条件への依存性を明らかにできた。それを論文として出版できた。１次元一般相対論的プラズマ粒子シミュレーションでは、電荷密度がゼロになる面で磁場に平行な電場が生じ、電磁流体条件が破れること、それが先行研究で考えられている電流とは反対向きの電流で生じやすいことを見出せた。それも論文として出版できた。またそれら当初の計画した研究だけでなく、受け入れ学振PDとともに、M87銀河の謎のガンマ線が降着流からの高エネルギー陽子の放射であるという新理論を提唱し、これも論文にできた。さらに、イベントホライズン望遠鏡が観測したM87のリング放射にジェットの放射が含まれている可能性を指摘する論文も出版した。
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| Strategy for Future Research Activity |
構築した一般相対論的な電磁流体ジェットモデルに基づいて電子の放射の軌道計算を行う。10-100倍の重力半径のスケールでジェットの端が明るくなるようなモデルパラメータを選び、その場合に重力半径のスケールでどう見えるかを明らかにする。イベントホライズン望遠鏡で重力半径スケールのジェットの画像が取得されることを見据え、理論予測の論文を作成する。
１次元一般相対論的荷電粒子シミュレーションについては、ジェットに入射する低エネルギー光子の量を変化させ、観測されているガンマ線フレアを再現できるか調べる。またブラックホールの質量に対して生成される電子陽電子の量がどう依存するか調べる。これまでの計算では、生成される電子陽電子の量が観測の示唆に比べて足りない。今の計算領域の外側で生成量が増える可能性があるため、遠方での電子の輸送計算コードを作成し、最終的な電子陽電子の生成量を調べる。
また、降着流からの陽子のガンマ線放射モデルをブレーザーに適用できるか調べ、そのモデルでジェットへの電子陽電子注入量を調べる。粒子シミュレーション結果と合わせ、ジェットの質量の起源や分布を明らかにすることを目指す。
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