磁気流体数値実験とＸ線観測の連携によるブラックホール候補天体の状態遷移過程の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23340040
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 松元 亮治 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00209660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 根來 均 日本大学, 理工学部, 教授(Professor) (30300891) ; 花輪 知幸 千葉大学, 先進科学センター, 教授(Professor) (50172953) ; 町田 真美 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教(Research Associate) (50455200) ; 廣瀬 重信 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部ダイナミクス領域, 主任研究員 (90266924)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 理論天文学 / Ｘ線天文学 / 降着円盤 / 磁気流体力学 / シミュレーション / ブラックホール / 宇宙ジェット / 潮汐破壊

Research Abstract

理論シミュレーション分野と観測分野の連携によって「ブラックホール＋降着円盤」系における降着率変動に伴う状態遷移過程の全貌を明らかにすることを目的として、(1) 輻射磁気流体シミュレータ改訂班、(2) シミュレーション実施・可視化・データ解析班、(3) Ｘ線観測連携班による研究を実施した。
輻射磁気流体班では輻射輸送方程式の角度方向に関する1次モーメント式を用いて輻射流束の時間発展を陽的差分法によって解くコードを実装し、軸対称性を仮定した超臨界降着流の輻射磁気流体計算を実施した。シミュレーション実施班ではHLLD法に基づく空間５次、時間３次の円筒座標系３次元磁気流体コードCANS+を用いて輻射冷却を考慮した降着円盤の３次元シミュレーションを実施し、ブラックホール近傍の高温円盤中で準周期的に反転するダイナモ磁場と、その外側の低温領域の強い方位角磁場がリコネクトすることによって低温円盤が加熱され、高温円盤と低温円盤の共存状態が維持されることを示した。
X線観測との連携では、高温・低温円盤共存モデルを全天Ｘ線監視装置MAXIで観測されたブラックホール候補天体の状態遷移に適用するとともに、2011年3月に発生した巨大ブラックホールによる恒星の潮汐破壊と考えられる事象（Swift J1644+57）について、２次元軸対称輻射流体コードを用いた数値実験によって超臨界降着状態と亜臨界降着状態の間のリミットサイクル振動が発生する可能性を示し、この天体が2014年に再増光する可能性を指摘した論文を出版した。銀河系中心ブラックホールSgr A*に接近しつつあるガス雲G2と降着円盤相互作用の３次元磁気流体シミュレーションも実施し、最接近後、降着率が１桁程度上昇することを示した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Convection Causes Enhanced Magnetic Turbulence in Accretion Disks in Outburst (2014)
  • Author(s): Hirose, S., Blaes, O., Krolik, J., Coleman, M.S.B., Sano, T.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MAXI/GSC Discovery of the Black-Hole Candidate MAXI J1305-704 (2013)
  • Author(s): Morihana, K., Sugizaki, M., Nakahira, S., Shidatsu, M., Ueda, Y., Serino, M., Mihara, T., Matsuoka, M., Negoro, H., Kawai, N
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: Vol.65 Pages: L10(5)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.5.L10
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid Spectral Changes of Cygnus X-1 in the Low/Hard State with Suzaku (2013)
  • Author(s): Yamada, S., Negoro, H., Torii, S., Noda, H., Mineshige, S., Makishima, K
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 767 Pages: L34 (5pages)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/767/2/L34
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spectral Evolution of a New X-Ray Transient MAXI J0556-332 Observed by MAXI, Swift, and RXTE (2013)
  • Author(s): Sugizaki, M., Yamaoka, K., Matsuoka, M., Kennea, J.A., Mihara, T., Hiroi, K., Ishikawa, M., Isobe, N., Kawai, N., Kimura, M., Kitayama, H., Kohama, M., Matsumura, T., Morii, M., Nakagawa, Y.E., Nakahira, S., Nakajima, M., Negoro, H. 他16名
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 65 Pages: 58 (14pages)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.3.58
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Propeller-effect Interpretation of MAXI/GSC Light Curves of 4U 1608-52 and Aql X-1 and Application to XTE J1701-462 (2013)
  • Author(s): Asai, K., Matsuoka, M., Mihara, T., Sugizaki, M., Serino, M., Nakahira, S., Negoro, H., Ueda, Y., Yamaoka, K
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 773 Pages: 117 (7pages)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/773/2/117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recurrent Outbursts and Jet Ejections Expected in Swift J1644+57: Limit-Cycle Activities in a Supermassive Black Hole (2013)
  • Author(s): Kawashima, T., Ohsuga, K., Usui, R., Kawai, N., Negoro, H., Matsumoto, R.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 65 Pages: L8 (5pages)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.4.L8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Accretion Disk and Ionized Absorber of the 9.7 hr Dipping Black Hole Binary MAXI J1305-704 (2013)
  • Author(s): Shidatsu, M., Ueda, Y., Nakahira, S., Done, C., Morihana, K., Sugizaki, M., Mihara, T., Hori, T., Negoro, H., Kawai, N., Yamaoka, K., Ebisawa, K., Matsuoka, M., Serino, M., Yoshikawa, T., Nagayama, T., Matsunaga, N.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 779 Pages: 26 (17pages)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/779/1/26
  • Peer Reviewed
• [Presentation] X-ray Flares Induceｄ by the Magnetic Reconnection in Black Hole Accretion Disks (2014)
  • Author(s): Kawashima, T., Ogawa, T., Ono, T., Oda, H., Matsumoto, R.
  • Organizer: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Year and Date: 20140520-20140524
  • Invited
• [Presentation] Global Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulations of Hard-to-Soft Transition and Jet Formation (2014)
  • Author(s): Matsumoto, R., Kawashima, T., Machida, M.
  • Organizer: Suzaku-MAXI 2014 Expanding the Fontiers of the X-ray Universe
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • Year and Date: 20140219-20140222
• [Presentation] 突発天体Swift J1644+57の再バースト予測 ＩＩ：潮汐破壊星による質量供給率の時間変化を考慮した輻射流体シミュレーション (2013)
  • Author(s): 川島朋尚、大須賀健、薄井竜一、河合誠之、根來均、松元亮治
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] MHD乱流のグリッドスケールでのエネルギー散逸率の評価について (2013)
  • Author(s): 廣瀬重信
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 20130910-20130912
• [Presentation] X-ray Flares Triggered by the Tidal Disruption of a Gas Cloud Approaching the Galactic Center Supermassive Black Hole
  • Author(s): Matsumoto, R., Ono, T., Oda, H., Kawashima, T.
  • Organizer: 12th International Workshop on the Interrelationship betwee Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS)
  • Place of Presentation: 白馬（長野県）
  • Invited
• [Presentation] Limit-Cycle Activities in a Tidal Disruption Event by a Supermassive Black Hole
  • Author(s): Kawashima, T., Ohsuga, K., Usui, R., Kawai, N., Negoro, H., Matsumoto, R.
  • Organizer: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [Presentation] Numerical Study of Supercritical Accretion Flow onto the Black Hole using Relativistic Radiation Magnetohydrodynamic Code
  • Author(s): Takahashi, H.R., Ohsuga, K.
  • Organizer: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [Presentation] Magnetohydrodynamic Simulations of the Hard-to-Soft Transition in Black Hole Accretion Flows
  • Author(s): Matsumoto, R., Ono, T., Oda, H., Kawashima, T.
  • Organizer: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [Presentation] ブラックホール候補天体の明るいハードステートにおける時間変動の起源
  • Author(s): 松元亮治、小野貴史、小田 寛、川島朋尚
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
• [Presentation] 銀河系中心Sgr A*に接近するガス雲G2と高温降着流の相互作用：3次元磁気流体シミュレーションによるフレア予測
  • Author(s): 川島朋尚、小川崇之、松元亮治
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
• [Presentation] MAXIが発見検出した2013年度前半の突発天体と突発現象
  • Author(s): 根來 均、福島康介、芹野素子、 森井幹雄、三原建弘、 松岡 勝、冨田 洋、中平聡志、河合誠之ほかMAXIチーム
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
• [Presentation] 超臨界降着流からのジェット/アウトフローの形成
  • Author(s): 高橋博之、大須賀健
  • Organizer: 日本天文学会2013年秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
• [Presentation] 超臨界降着円盤からのアウトフロー形成
  • Author(s): 高橋博之、大須賀健
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [Presentation] ブラックホール降着流状態遷移中の準周期的な磁気リコネクション
  • Author(s): 川島朋尚、小川崇之、小田寛、松元亮治
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [Presentation] 水素電離を伴う降着円盤におけるエネルギー輸送
  • Author(s): 廣瀬重信、Omer Blaes、Mattew Coleman、Julian Krolik、佐野孝好
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [Presentation] 銀河系中心ブラックホールへのガス雲落下の磁気流体数値実験
  • Author(s): 松元亮治、小川崇之、小野貴史、川島朋尚
  • Organizer: 日本流体力学会年会2013
  • Place of Presentation: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [Presentation] Recent highlight events triggered by MAXI
  • Author(s): Negoro, H., MIhara, T., Sugizaki, M., Serino, M., Morii, M., Matsuoka, M., Ueno, S., Tomida, H, Nakahira, S., Kimura, M., Nakagawa, Y., Kawai, N., Yoshida, A., Sakamoto, T., Tsunemi, H., Nakajima, M., Ueda, Y., Tsuboi, Y., Yamauchi, M., Yamaoka, K.
  • Organizer: INTEGRAL workshop "INTEGRAL's journey through the high energy sky"
  • Place of Presentation: Rome, Italy
• [Presentation] MAXI observes black-hole X-ray novae from the beginning to the end
  • Author(s): Negoro, Hitoshi
  • Organizer: Suzaku-MAXI 2014 Expanding the Frontiers of the X-ray Universe
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • Invited
• [Presentation] ブラックホール候補天体MAXI J1828-249の発見とMAXIが発見検出した2013年度後半の突発天体
  • Author(s): 根來 均、福島康介、鈴木和彦、小野寺卓也、中平聡志、冨田 洋、芹野 素子、森井 幹雄、三原 建弘、松岡 勝、河合誠之ほかMAXIチーム
  • Organizer: 日本天文学会2014年春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [Presentation] ガス雲G2の衝突による銀河中心Sgr A*高温降着流内部での磁場増幅と降着率変化
  • Author(s): 川島朋尚、松元亮治
  • Organizer: 日本天文学会2014年春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [Presentation] 矮新星アウトバースト時の降着円盤における磁気乱流状態
  • Author(s): 廣瀬重信、Omer Blaes、Julian Krolik、Mattew Coleman、佐野孝好
  • Organizer: 日本天文学会2014年春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [Presentation] Swift J1644+57が示す巨大ブラックホール降着円盤の状態遷移
  • Author(s): 松元亮治、川島朋尚
  • Organizer: 日本天文学会2014年春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [Presentation] 全天Ｘ線監視装置MAXIによる最近の成果
  • Author(s): 根來均 他43名
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学（神奈川県平塚市）