2020 Fiscal Year Research-status Report
アウトフロー現象の理論研究と観測との比較で迫る超巨大ブラックホール形成過程の解明
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20K14525
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| Research Institution | Kure National College of Technology |
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Principal Investigator |
野村 真理子 呉工業高等専門学校, 自然科学系分野, 助教 (50756351)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / アウトフロー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超巨大ブラックホールは，誕生時には比較的小質量であった種ブラックホールに大量のガスが降着することで形成されると考えられている．ブラックホール降着円盤から噴出する円盤風は，この成長過程に甚大な影響を与えてきたと考えられているが，定量的な解明には至っていない．
研究代表者はこれまで，活動銀河核（超巨大ブラックホール+降着円盤）において，ラインフォース（金属元素が紫外光を束縛-束縛遷移吸収する際に受ける輻射力）によって加速される円盤風が発生し，ブラックホールへの質量降着を妨げることを解明した．このような円盤風による質量降着の抑制は，超巨大ブラックホールの形成途中においても起きている可能性がある．
本年度は，降着ガスに含まれる金属量を考慮した，ラインフォース駆動型円盤風の輻射流体シミュレーションを実行し，宇宙初期（低金属量）の種ブラックホールから，現在（太陽金属量以上）の超巨大ブラックホールまでに対応する広いパラメータ空間で，円盤風がガス降着に与える影響を定量的に明らかにした．ラインフォース駆動型円盤風はブラックホール質量がおよそ10万太陽質量以上かつ金属量が太陽金属量以上の場合に，円盤へ流入してきた質量の半分程度まで質量降着を抑制する．一方で金属量が小さい（太陽金属量の1/10）のときには，ブラックホール質量によらず，円盤風は質量降着を妨げないことがわかった．結果をもとに1000太陽質量の種ブラックホールが10億太陽質量の超巨大ブラックホールまで成長する時間を見積もったところ，ブラックホール質量の増大と共に金属量が増加した場合には，円盤風を無視した場合と比べて，成長時間が~1.6倍大きくなることがわかった．これは，ブラックホール成長過程におけるラインフォース駆動型円盤風のガス降着への影響を初めて定量的に解明した意義のある成果であり，王立天文学会月報（MNRAS）に投稿中である．
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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
当初計画では，ラインフォース（金属元素が紫外光を束縛-束縛遷移吸収する際に受ける輻射力）と電子散乱による輻射力を統一的に扱うコード開発を行う予定であったが，研究の途中において，ラインフォースの評価方法についての改良をする必要が出てきた．
現状のラインフォースの評価方法は星風に関する先行研究に基づいたものであり，仮定している輻射スペクトルがブラックホール降着円盤とは異なる．さらにラインフォースは金属元素の電離状態に依存するが，この評価方法も現在は非常に単純化したものを用いている．これらの評価方法は研究対象である円盤風のダイナミクスに大きく影響する可能性があることから，優先して改良に取り組むべきであると考えた．
ラインフォースの評価方法の改良と並行して，当初実行予定であったブラックホール質量および金属量の広いパラメータ空間での計算実行には，研究代表者がこれまでの研究で用いていたラインフォースに着目した計算コードを用い，円盤風噴出現象の包括的理解を段階的に進めていくこととした． この成果は現在投稿中であり，研究計画に変更点はあるが，概ね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として，ラインフォース（金属元素が紫外光を束縛-束縛遷移吸収する際に受ける輻射力）の評価方法の改良と，多様なブラックホール天体における円盤風研究を並行して進めていく．
現状のラインフォースの評価方法は星風に関する先行研究に基づいたものであり，仮定している輻射スペクトルがブラックホール降着円盤とは異なる．まずは大質量ブラックホール+降着円盤（活動銀河核）にターゲットを絞り，輻射輸送コードを用いて活動銀河核の輻射スペクトルに対するラインフォースを評価する．この際，降着円盤との位置関係も考慮する．さらに，金属元素の電離状態の評価にも輻射輸送コードの計算結果を反映させる．改良したラインフォースを用いてブラックホール降着円盤から噴出する円盤風の計算を行い，ダイナミクスへの影響を調べる．
並行して，ブラックホール質量および金属量の広いパラメータ空間での計算について，論文発表後に国内外での研究発表を行う．また，研究対象を広げ，超臨界降着円盤から噴出する円盤風の輻射流体力学シミュレーションを行い，超高輝度X線源（ULX）やブラックホール連星で観測されるアウトフローの起源を解明することで，多様なブラックホール天体におけるアウトフロー現象の包括的・連続的理解を段階的に進めていく．
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| Causes of Carryover |
当初旅費に500,000円程度の支出を計画していたが，新型コロナウイルスの流行により，研究発表および共同研究者との議論のための国内外への出張が行えなかったことが理由である．次年度使用額となった助成金については，研究環境を補強するためのノートPCおよびデータ格納メディアを購入するための物品費および論文出版費用等として利用する．また国内外での研究発表が現地で行える状況になり次第，当初の予定通り旅費として使用する．
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