2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study of State Transition Process in Active Galactic Nuclei based on Radiation Magnetohydrodynamic Simulations
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20H01941
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
松元 亮治 千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (00209660)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究院, 特任准教授 (20397475)
山田 真也 立教大学, 理学部, 准教授 (40612073)
町田 真美 国立天文台, 科学研究部, 准教授 (50455200)
野田 博文 大阪大学, 理学研究科, 助教 (50725900)
高橋 博之 駒澤大学, 総合教育研究部, 講師 (80613405)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 活動銀河中心核 / ブラックホール / 降着円盤 / X線観測 / 輻射磁気流体計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
活動銀河中心核において、広輝線が観測される1型と観測されない2型の間の状態遷移が観測され、Changing Look 現象として注目されている。この状態遷移中のブラックホール降着流の構造と時間変動を解明するため、球対称降着流の上限光度であるエディントン光度に対応する降着率の1-10%の場合の大局的3次元輻射磁気流体シミュレーションを実施した。計算には、1次モーメント法に基づく高次精度輻射磁気流体コードCANS+R を用いた。その結果、降着率増加に伴って軟X線放射領域が形成されること、この領域が輻射圧優勢になると円盤振動が励起されることが明らかになり、Astrophysical Journal に論文を出版した。
このような活動銀河中心核降着流の状態遷移を観測的に捉え、降着流やその周辺の物質の構造を明らかにすることを目的に、質量降着率が数年で激しく変化する１型活動銀河中心核のX線と可視・紫外光の同時観測データの解析を進めた。その結果、光度がエディントン光度の約1%を超える明るさで軟X線が卓越し、円盤周囲の電離吸収体が激しく時間変化することを見い出した。2022年度打ち上げ予定のXRISM 衛星に搭載する分光器の開発も進め、単体試験において分光性能が十分であることを確認した。
一般相対論的輻射磁気流体コードを改訂して、電子温度とイオン温度が異なる降着流を扱うことができるようにした。これにより、電子温度を求めることが可能になり、シミュレーション結果から輻射スペクトルを計算して観測される輻射スペクトルと直接比較できるようになった。また、非相対論的な場合の電子・イオン2温度磁気流体コードを用いて活動銀河中心核ジェット伝播シミュレーションを行い、ジェットを包むコクーンの電波強度と周辺の熱的X線強度の違いが電子温度とイオン温度の差に起因することを明らかにした。
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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
高次精度輻射磁気流体コードCANS+Rを用いて活動銀河中心核ブラックホール降着流の大局的3次元輻射磁気流体シミュレーションを実施した。降着率増加に伴って硬Ｘ線を放射する高温降着流が冷えて軟Ｘ線放射が卓越する領域が出現すること、この領域で数日の時間スケールの激しい光度変動が励起されることが明らかになり、Changing Look 活動銀河中心核の特徴を再現することができた。この計算では、輻射冷却によって形成された低温領域の温度が観測から示唆される温度よりも高くなったため、逆コンプトン散乱による電子冷却の効果を考慮するようにコードを改訂中である。また、高速化のために、円筒座標系のコードの回転軸付近の扱いを改訂中である。電子温度とイオン温度が異なる降着流・噴出流を扱うことができる2温度磁気流体コードの実装を進め、一般相対論的輻射磁気流体計算、非相対論的磁気流体計算が可能になっている。研究分担者等により、各光線方向の輻射輸送を解く輻射磁気流体コードINAZUMAが開発され、テスト計算が行われた。また、モンテカルロ輻射輸送コードを用いてシミュレーション結果から輻射スペクトルを求めるコードRAIKOUも開発されている。
2022年度打ち上げ予定のXRISM衛星に搭載する分光器の開発に加えて、次世代の精密分光器の読み出し方式の実証に成功し、元素分析の実証や分光器の性能評価も行った。
研究成果はCOSPAR, AAPPS-DPP 等の国際会議で発表された。対面でのワークショップ等は開催することができなかったが、2021年3月にオンライン形式で「ブラックホール降着流ミニ研究報告会」を開催し、進捗状況の報告と情報交換を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
より高解像度、長時間の計算を実施するため、高次精度磁気流体コードCANS+と輻射磁気流体コードCANS+Rを「富岳」計算機向きに最適化し、シミュレーション結果の解像度依存性を調べる。円筒座標系コードの回転軸付近を粗視化することにより、時間刻みを大きくすることも試みる。また、コンプトン冷却を考慮することにより、軟Ｘ線放射領域の温度をより正確に求めることができるようにする。このコードを用いて初期円盤の表面密度をパラメータとする計算を行い、光学的に薄い放射非効率降着流（RIAF）と光学的に厚い標準円盤の中間状態の活動銀河中心核降着流の構造と時間変動を明らかにする。これらの計算を通して、エディントン光度の1%程度の光度で生じる1型と2型の状態遷移、エディントン光度の10%以上の光度で観測される準周期的な時間変動等を再現する。
CANS+Rコードによる計算結果を一般相対論的輻射磁気流体コード UWABAMI、光線方向の輻射輸送を解く輻射磁気流体コード INAZUMAによる計算結果と比較し、1次モーメント近似の妥当性を検証する。電子温度とイオン温度の違いを考慮したシミュレーションも実施する。モンテカルロ輻射輸送コードRAIKOUを用いてシミュレーション結果をポストプロセスして輻射スペクトルを求める計算を実施し、観測と比較する。
2022年度に打ち上げが予定されているXRISM衛星に向けて、X線観測グループとの連携を強め、観測提案を策定する。
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Research Products
(51 results)
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[Journal Article] Suzaku detection of solar wind charge exchange emission from a variety of highly ionized ions in an interplanetary coronal mass ejection2021
Author(s)
Kazunori Asakura, Hironori Matsumoto, Koki Okazaki, Tomokage Yoneyama, Hirofumi Noda, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Tsunemi, Hiroshi Nakajima, Satoru Katsuda,?Daiki Ishi, Yuichiro Ezoe
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Journal Title
Publications of the Astronomical Society of Japan
Volume: 73
Pages: 504-518
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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