Study on the foot-point structure of black hole jets and the jet driven mechanism through polarimetric transfer calculations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 16010:Astronomy-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Mineshige Shin 京都大学, 理学研究科, 名誉教授 (70229780)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ブラックホール / 偏波 / 電波天文学 / 輻射流体力学 / 一般相対論 / 活動銀河核 / スペクトル形成 / 磁場

Outline of Final Research Achievements

We performed the following simulation studies, aiming at elucidating the driving mechanism and global structure of the jet and outflow from black hole accretion flow, and the physical impacts onto its environments.
We performed general relativistic (GR) polarization radiation transfer simulations based on the GR simulation data and obtained the radio images, the linear polarization maps, and circular polarization images for several model parameters. We then developed a methodology to constrain magnetic field properties, with which we will be able to examine the justification of the MHD model for the jet eruption. We also performed radiation hydrodynamic simulations of supercritical accretion flow and found universal laws to describe the dependence of the radiation and mechanical luminosities on the accretion rate, thereby quantifying the impact to the black hole environments.

Free Research Field

宇宙物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ブラックホールジェットの駆動機構は長年の謎である。磁場駆動説が有力だが、その直接的証拠はない。将来のEHT（事象の地平面望遠鏡）偏波観測から磁場駆動説の妥当性を議論するには、どのような直線偏光や円偏光の画像が得られるのか、明らかにすることがとても大事であり、今回の研究により、その糸口がつかめたと思う。また巨大ブラックホールから周囲へのインパクトの定量化も重要な課題であるが、10桁近いスケールの差をうめる必要がある難問である。その議論に一石を投じたのではないかと思う。
ブラックホールという存在は一般によく知られており、注目度も高い。今回の研究成果は一般向け講演会や書物を通じて共有していきたい。