2019 Fiscal Year Research-status Report
輻射磁気流体力学計算と輻射スペクトル計算で解明する超高光度X線源の起源
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18K03710
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
大須賀 健 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (90386508)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ブラックホール / 中性子星 / 数値シミュレーション / 輻射輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超光度X線源(ULX)は、そのX線光度が太陽光度の100万倍を超える極めて明るいコンパクト天体であるが、その中心天体がブラックホールなのか中性子星なのか、まだ決着がついていない。近年、ULXでX線パルスが検出されたことから、少なくとも幾つかのULXについては中性子星が存在すると考えられるようになってきた。中性子星の表面付近が主たる光源であれば、見た目の明るさは中性子星の自転によって変化することになり、観測されたX線パルスを自然に説明できるからである。ただし、これはあくまで仮説であり、実際に大きなX線光度とX線パルスの存在を予言できる理論モデルは構築されていない。そこで本研究では、輻射磁気流体力学計算によって中性子星周囲の降着流の構造を調べた。その結果、中性子星周囲には磁気圏が形成され、降着円盤は中性子星表面に到達することなく途切れることがわかった。円盤の内縁からは中性子星の双極子磁場に沿ってガスが流れ、最終的には磁極に降着することがわかった。次に、磁極に降着するガスの流れ（降着柱と呼ぶ）を輻射流体シミュレーションによって詳細に調査した。その結果、落下するガスが中性子星表面付近で衝撃波を起こし、高温状態になって大量の高エネルギー光子が生み出されることがわかった。光のエネルギーは最終的に降着柱側面から解放されるため、降着柱側面が主たる光源となることがわかった。また、降着柱の内部構造は、中性子星の磁場が比較的弱い場合は乱流状態となったガスで埋め尽くされるが、磁場が強い場合には複数の降着領域に分裂することがわかった。なお、どちらの場合でも、観測されているX線光度およびX線パルスと矛盾しないことを示すことができた。
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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
中性子星周囲の降着構造の全体像を解明するために必要な一般相対論的輻射磁気流体計算コード、降着柱の詳細な構造の計算に必要な輻射流体計算コード、さらに、観測的性質を解明するために必要な一般相対論的輻射輸送コード、その全てが完成し、磁場の強弱、降着率の大小におけるULXの構造の違いを調べることが可能となった。また、実際に、幾つかの典型定期な例についての計算に成功し、論文も出版された。よって、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究としては、中性子星の磁場強度、降着流の降着率を変化させ、中止性星周囲の構造の違いを調べる必要がある。また、それぞれの状況が観測と合致するか否かを明確にするため、輻射輸送計算を実施して観測との直接比較を行う必要がある。そのためには計算機パワーが必要となるが、中性子星周囲の降着構造の全体像を解明するために必要な一般相対論的輻射磁気流体計算コード、降着柱の詳細な構造の計算に必要な輻射流体計算コード流体計算コードに関しては、東大および筑波大が所有するスーパーコンピュータ、Oakforest-PACSへの適用が完了した。また、一般相対論的輻射輸送コードに関してはスーパーコンピュータ、富岳を使用目処がついた。これまで利用してきた国立天文台のスーパーコンピュータ、アテルイIIにこれらの計算機を合わせて使用することで、大規模なパラメータサーベイを実施し、実際の天体との直接比較を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
年度末に予定されていた外国出張および国内出張が、新型コロナウィルスのために全て延期となったため、次年度使用額が生じることになった。この予算は、データ解析のためのハードディスクの増量に使用する予定である。これにより、スーパーコンピュータを用いた大規模パラメータサーベイのデータの保存と解析が効率的になると期待される。また、延期された国内外の会合が開かれる場合には、旅費としても使用する。
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