2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on the foot-point structure of black hole jets and the jet driven mechanism through polarimetric transfer calculations
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20K04026
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
嶺重 慎 京都大学, 理学研究科, 教授 (70229780)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ブラックホール / 偏波 / 電波天文学 / 輻射流体力学 / 活動銀河核 / 一般相対性理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
EHT（事象の地平面望遠鏡）による、楕円銀河M87中心にある巨大ブラックホールの影の初撮影画像が世界に配信され、ブラックホール研究は新しい時代を迎えた。われわれはこの好機をとらえ、本科研費において、(1) ブラックホールジェットの駆動機構の解明、(2) ブラックホール降着流における磁気フレアの検出可能性、(3) 高光度降着流ダイナミクスの解明に取り組むものである。
この目的のためわれわれは、既存の一般相対論的磁気流体（GRMHD）シミュレーションデータを用い、自前で開発した一般相対論的輻射輸送シミュレーションコードによる計算を実行してブラックホール近傍領域からの電波放射マップおよび偏波画像を作成した。（近未来に予想されるEHTによる偏波画像公開に備えて、あらかじめ理論による予測をたてておき、課題解明に先陣を切るためである。）その結果、それまでほとんど注目されていなかった円偏波画像こそが、ジェット根本の磁場構造を如実に反映するケースが多々あることを見いだした。
この新知見を受けて、幅広いパラメータ領域で計算した結果、電波放射・偏波画像に見られる特徴が、 (1) 円盤にほぼ垂直方向からみている場合（M87ブラックホールに相当）と、(2) ほぼ円盤面方向からみている場合（銀河系中心ブラックホールに相当）との２タイプの特徴の重ね合わせで理解できることを示した。さらにそれぞれについて（GRMHDシミュレーションが予測する）らせん形状磁場がどのように直線・円偏波画像に現れるかを調べた結果、一般に円偏波はある境界線の左右で反対の円偏波成分を示すこと、同じ境界線上で直線偏波が極端に大きくなることが判明した。将来のEHT観測でこのような特徴が得られると、それはらせん形状磁場の証拠となり、ジェット噴出メカニズムの解明に大きく近づくこととなる。
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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
初年度の目標であった、一般相対論的流体シミュレーションデータを用いた「一般相対論的輻射輸送シミュレーション実行」と「磁場構造を表す偏波画像を描くこと」が達成できた。また得られた円偏波画像がジェット根本の磁場構造を如実に反映していることも見いだし、「偏波画像から磁場構造を得る」という目標に一歩近づいた。この二つの意味で、「おおむね順調」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の結果をふまえ、以下の２点に特化して研究を進める。
１．時間依存性：近年の研究から、円盤ガスは円盤内縁からブロッブ状にちぎれて間欠的に落ち込むことが分かっている。この変動（ブラックホールフレア）の起源解明のため、以下の手順で研究を進める。第一のターゲットはM87。数日おきの観測でその変動が捉えられると期待されている。次にEHT のもう1つのターゲット、銀河系中心ブラックホールSgr A*。これは大規模ジェットは観測されていないが、持続時間数十分程度以下のフレア的な激しい時間変動を示している。これらを降着流＋（弱い）ジェットの枠組みでモデル化し、偏波イメージ変動を理論予測しておけば、将来、観測データが得られたとき、両者の比較照合により、変動性の起源を、磁場・ガス分布と時間変動、スピン効果に基づいて議論することができる。
２．多様性理解：クエーサージェットでは輻射と磁場の効果が複雑に関係しているため、一般相対論的輻射-磁気流体力学シミュレーションが不可欠である。そこで世界で初めてクエーサーの偏波イメージの時間変動を計算する。ジェットのコリメーション（特定の方向に絞られた構造）は、輻射ではなく磁場が役割を握るため、磁場がジェットの形成および加速にもたらす影響を解明する。さらに、クェーサーなど高光度活動銀河核ジェットと、M87など低光度活動銀河核ジェットそれぞれの根本の磁場構造や、ブラックホール周囲のガスダイナミクスの共通点と相違点を定量的に明らかにし、活動銀河核ジェットの統一モデルあるいは多様性モデルを構築する。
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| Causes of Carryover |
昨年度はコロナ禍の影響で、国際・国内会議への出張がほぼゼロになったため、大幅に今年度に繰り越しとなった。その繰り越し金は、今年度の研究打合せ旅費および研究発表旅費として使いたい。
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