2021 Fiscal Year Research-status Report
三次元一般相対論的電磁流体シミュレーションで迫る活動銀河核ジェットの力学進化
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20K14473
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
松本 仁 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (70722247)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 活動銀河核ジェット / 相対論的電磁流体シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
活動銀河核ジェットの駆動メカニズムは、磁場を介して回転している銀河中心にある巨大ブラックホールから回転エネルギーを引き抜きジェットの運動エネルギーに転化するモデルが有力視されている。このモデルではジェットが駆動された際、ポインティングフラックスと呼ばれる電磁的なエネルギーの流れが優勢となる。一方で、観測される活動銀河核ジェットは、電磁場よりも物質のエネルギーの方が優勢であることが示唆されている。このジェットのエネルギーにおけるパラドックスを解決するためには、ジェット伝搬中に磁気エネルギーを散逸させジェットを加速させる必要がある。そこで、本年度は、伝搬中にジェットの磁気エネルギーを散逸させるアイデアとしてジェットの磁場の極性が反転するジェットを考え、相対論的電磁流体シミュレーションを用いて磁場反転ジェットの伝搬ダイナミクスを調べた。ジェット半径を光速で伝搬する時間を基準とし、その基準に対し0.1倍、1倍、10倍の時間でジェットの磁場の極性が反転するモデル、および極性が反転しないモデルのジェット伝搬の数値シミュレーションを行なった。その結果、磁場の極性が反転する全てのモデルにおいて、磁気極性が反転する磁気中性面で磁気散逸が生じ、ジェットの磁場が反転しないモデルよりも加速することがわかった。ジェットの加速メカニズムは、散逸された磁気エネルギーが一度、流体の熱エネルギーへと変わりジェット半径が膨張することで実行的な慣性が小さくなり加速するという相対論的流体特有の効果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度の研究で、ジェット中の磁場の極性が反転しているジェットが駆動されると伝搬中に磁気中性面で磁気散逸が生じジェットが加速されることがわかった。無矛盾な活動銀河核ジェットの駆動から伝搬までの力学進化の描像を構築するためには、実際に回転するブラックホールの周りに降着円盤と磁場が存在するシステムで磁場反転ジェットが駆動されるか調べる必要があり、研究プロセスは計画通りそのフェーズへと移行した。上記の数値シミュレーションを実行するにあたり、シミュレーションコードの改修を共同研究者の元へ出張し、集中的に効率よく進める計画であったが、新型コロナウイルスの感染拡大により出張が難しくなり、コードの改修効率が落ち、コード改修の進展が予定より少し遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
天体現象のプロトタイプである太陽において、磁気極性が11年周期で反転することが知られているがそのメカニズムにおいてダイナモプロセスが鍵を握ると考えられている。降着円盤における磁気極性も円盤ダイナモ起源により反転することがシミュレーションにより示されているが、ジェットの磁気極性が反転するかは未だ自明ではない。ブラックホールに降着する磁場の初期磁場配位として極性が反転している磁場を空間的に交互に設置したシステムにおけるジェット駆動シミュレーションはあるが、円盤ダイナモ起源によるセルフコンシステントなシステムからの磁場反転ジェットの駆動は確認されていない。その理由の一つに計算コストの制限による長時間シミュレーションの少なさがある。そこで本課題では、一般相対論的電磁流体シミュレーションの長時間計算を行い、円盤ダイナモによる無矛盾な磁場反転ジェットの駆動メカニズム、およびそのジェットの伝搬におけるダイナミクスを明らかにすることで、活動銀河核ジェットの統一的な力学進化の描像を構築することを目指す。
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| Causes of Carryover |
全世界でコロナウイルスの猛威が振い、参加を予定していた国際会議や研究会の開催中止やオンライン開催への変更が相次ぎ、その分の旅費が未使用となり次年度使用額が生じた。対面での研究会が少しずつ開催されるようになってきており、積極的に研究会に参加し情報収集や研究発表を行う予定である。
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