2020 Fiscal Year Research-status Report
一般相対論的な輻射・偏光輸送計算で探る降着ブラックホール・中性子星の質量とスピン
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18K13594
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
川島 朋尚 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (90750464)
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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 / 中性子星 / 降着流 / 相対論的ジェット / 一般相対論的輻射輸送 / ブラックホール・シャドウ / イベント・ホライズン・テレスコープ / 高エネルギー宇宙物理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イベント・ホライズン・テレスコープの主ターゲットであるM87*やSgrA*のブラックホール・スピンを探る上ではブラックホールシャドウに加えて多波長の観測的特徴を調べることが重要と考えられる。これまで自身が開発してきた一般相対論的輻射輸送コードRAIKOU(来光)ではブラックホール近傍で重要な放射機構(シンクロトロン放射・吸収、制動放射・吸収、コンプトン・逆コンプトン散乱)について熱的電子からの放射のみを考慮し、電波からMeVガンマ線までの輻射輸送計算が可能であった。しかし、M87*やSgrA*とその周辺ではTeVガンマ線放射が観測されており、ブラックホール・スピンや降着流・ジェットのダイナミクスとそれに関連した粒子加速過程を探る上でTeVガンマ線まで含めた多波長輻射輸送計算が必要不可欠である。そこで本年度はRAIKOUコードを拡張し、冪分布を伴う非熱的電子によるシンクロトロン放射・吸収とコンプトン・逆コンプトン散乱の効果を追加した。これにより、ブラックホール強重力場における電波からTeVガンマ線にわたる多波長スペクトル計算が可能となった。3次元の一般相対論的磁気流体シミュレーションにより得られる磁気流体場データを用いて輻射輸送計算を実施した結果、熱的電子のみを考慮した計算に比べ、非熱的電子によるシンクロトロン放射で電波イメージ・サイズは大きくなり、ガンマ線は数桁以上明るくなることがわかった。
この改訂版コードの一部の機能を用いて、自身も参加する国際共同研究プロジェクトであるイベント・ホライズン・テレスコープのM87の多波長観測論文の理論解釈を行い、イベント・ホライズン・テレスコープで観測されるリング・イメージの放射位置とガンマ線の放射位置は異なると解釈するのがもっともらしいという結論に至った。
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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
ブラックホールシャドウと電波からTeVガンマ線までの多波長スペクトルを同時に計算する一般相対論的輻射輸送コードの開発・拡張に成功し、今後イベント・ホライズン・テレスコープの主ターゲット天体であるM87*やSgr A*の将来観測への予言や観測データの理論的解釈を行うことが可能になった。また、これまでに取り組んでいたM87*の観測リングイメージについての相対論的ジェット放射起源モデルによる新解釈論文や電波偏光に関する論文が受理・出版され、概ね順調といえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した多波長輻射輸送コードを用いて、M87*やSgrA*の多波長輻射輸送計算を実施し、ブラックホールシャドウとX線・ガンマ線の観測的特徴を理論的に明らかにする。そして観測データとの比較によりブラックホール・スピンを制限する手法構築を行う。このとき、時間変動を考慮した計算を自身が参加するスーパーコンピュータ富岳や国立天文台のアテルイIIを用いて実行し、時間変動と多波長の組み合わせによりブラックホール時空構造やプラズマのダイナミクスに制限を与えられるかを調べる。また、偏光を考慮した多波長コードを完成させ、巨大ブラックホールや恒星質量ブラックホール周囲の降着流・ジェットの理論計算に適用する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で出張を行うことが困難であったため次年度使用額が生じた。今年度は世の中の状況を確認しながら必要に応じて出張を行う。
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[Journal Article] Verification of Radiative Transfer Schemes for the EHT2020
Author(s)
Gold Roman、Broderick Avery E.、Younsi Ziri、Fromm Christian M.、Gammie Charles F.、Moscibrodzka Monika、Pu Hung-Yi、Bronzwaer Thomas、Davelaar Jordy、Dexter Jason、Ball David、Chan Chi-kwan、Kawashima Tomohisa、Mizuno Yosuke、Ripperda Bart et al.
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Journal Title
The Astrophysical Journal
Volume: 897
Pages: 148～148
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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