2022 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of Energy Mechanisms in Supercritical Accretion Flows on to Neutron Stars through Hydrodynamics and Radiative Transfer Simulations
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21J21040
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
井上 壮大 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 中性子星 / 降着円盤 / 数値シミュレーション / 一般相対論的輻射磁気流体シミュレーション / 輻射輸送 / 輻射輸送計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高光度X線パルサーとは、光度が太陽光度の100万倍を超えるX線パルサーである。強力な磁場を有する中性子星への超臨界降着流（エディントン降着率を超える降着流）によって中性子星近傍が明るく輝き、中性子星の自転によって観測される光度が周期的に変化することで、エディントン光度を超えるX線パルスが生成されると考えられている。しかし、これは単なる仮説に過ぎず、このモデルが実際に観測されている光度や中性子星の自転周期の時間変化率等の観測量を説明可能か否か、まだよくわかっていない。
本年度は、双極子磁場を有する中性子星周囲の超臨界降着流について一般相対論的輻射磁気流体力学計算を実施した。その結果、我々が構築した数値計算モデルが、系内ULXパルサーにおいて観測されている中性子星の自転周期の時間変化率を説明可能であること、そしてその値が理論式から得られるものと整合的であることが明らかになった。約１千万度の黒体放射が観測されていることも考慮すると、この天体の中性子星磁場強度が約1兆ガウスより低くなることも突き止めた。
また、四重極磁場を有する中性子星への降着流のシミュレーションも実施した。これにより、双極子磁場が四重極子磁場より卓越する場合、降着率の変動に起因して光度が準周期的に変動することが明らかになった。変動の周期は約100Hzで、光度の時間変動は、超高光度X線パルサーの中心天体が四重極子磁場よりも双極子磁場が支配的な中性子星であることの傍証になるかもしれない。
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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
強力な磁場を有する中性子星周囲の降着流の一般相対論的輻射磁気流体力学計算を実施し、系内で検出された超高光度X線パルサーの観測データと無矛盾な理論モデルを構築することに成功した。これらの成果は既に学術誌に投稿済みである。また、既に四重極磁場を有する中性子星超臨界降着流のシミュレーションにも着手しており、この成果を国内会議で報告済みである。以上を踏まえ、おおむね順調に進展してると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
近年のX線観測により、超高光度X線パルサーが双極子磁場よりも高次の多重極子磁場を有する可能性が指摘されている（Kong et al. 2022）。磁場形状が変化すると、それに伴い降着流の形状や、中性子星に持ち込まれるガスの角運動量が大きく変わる可能性がある。既に四重極子磁場を有する中性子星へのシミュレーションには着手しており、来年度は中性子星に持ち込まれる角運動量の変化を中心に、降着現象の磁場形状依存性を調査する予定である。計画で使用する大型並列計算には、東京大学が有する「Wisteria」、国立天文台が有する「ATERUI II」を使用する。理化学研究所が有する「富岳」を利用する可能性もある。計算資源は既に確保している。
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