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ブラックホール降着流の大局的3次元磁気流体数値実験

研究課題

研究課題/領域番号 15037202
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関千葉大学

研究代表者

松元 亮治  千葉大学, 理学部, 教授 (00209660)

研究分担者 宮路 茂樹  千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 助教授 (10157646)
中村 賢仁  松江工業高等専門学校, 助教授 (00342543)
小出 眞路  富山大学, 工学部, 助教授 (20234677)
研究期間 (年度) 2003 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2004年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2003年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
キーワード降着円盤 / ブラックホール / 磁気流体力学 / 数値実験 / X線天文学 / 磁気乱流 / 宇宙ジェット / 状態遷移
研究概要

ブラックホール降着流の時間発展を大局的3次元磁気流体(MHD)数値実験によって調べた。最大の成果はブラックホール候補天体への質量降着率の増大(アウトバースト)に伴う状態遷移過程を輻射冷却を含めた3次元MHDシミュレーションによって明らかにしたことである。質量供給源となる回転トーラスから降着円盤が形成される過程をシミュレートした結果、円盤密度が低く輻射が無視できる場合の高温降着流は粘性パラメータαの値がブラックホール近傍で0.1、遠方で0.01程度に変化する場合の移流優勢降着流(ADAF)の1次元遷音速定常解とよく一致することがわかった(Machida et al.2004)。降着率が増加して円盤密度が増えると輻射冷却が加熱項より大きくなり、円盤温度が低下してガス圧が減少する。この過程をシミュレートした結果、円盤は磁束をあまり失うことなく収縮するため円盤内部の磁束密度が増加し、磁気圧優勢になった。このように磁気圧で支えられた円盤は温度がさらに低下しても鉛直方向にはそれ以上収縮せず、光学的に薄い状態に保たれた。以上の過程により、ブラックホール候補GX339-4等のアウトバースト時に観測されるlow/hard状態からhard intermediate状態への遷移を説明することができた(Machida, Nakamura and Matsumoto 2005 ApJL投稿中)。
降着円盤からのジェットの形成機構に関して、円盤を貫くポロイダルな磁気ループが円盤または中心天体の回転によって捻られ、膨張して磁気タワーを形成する過程をMHDシミュレーションによって明らかにした(Kato et al. 2004)。また、磁場が強い場合に、これらの磁気ループが相対論的速度で膨張することを相対論的force free方程式を解いて明らかにした(Asano et al. 2005 PASJ印刷中)。さらに相対論的MHDコードの数値的安定性とベクトル・並列効率を高める研究を進め、ローレンツ因子が10以上の問題への適用を可能にした。

報告書

(2件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 文献書誌 (4件)

  • [雑誌論文] Time Evolution of Relativistic Force-Free Fields Connecting a Neutron Star and its Disk2005

    • 著者名/発表者名
      浅野栄治
    • 雑誌名

      Publ.Astron.Soc.Japan 57(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Global Structures of Optically Thin Black Hole Accretion Flows Obtained from Direct Magnetohydrodynamic Simulations2004

    • 著者名/発表者名
      町田真美
    • 雑誌名

      Publ.Astron.Soc.Japan 56

      ページ: 671-679

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] 2:3 Twin Quasi-Periodic Oscillations in Magnetohydrodynamic Accretion Flows2004

    • 著者名/発表者名
      加藤成晃
    • 雑誌名

      Publ.Astron.Soc.Japan 56

      ページ: 931-937

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of Semirelativistic Jets from Magnetospheres of Accreting Neutron Stars : Injection of Hot Bubbles into a Magnetic Tower2004

    • 著者名/発表者名
      加藤成晃
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 600

      ページ: 338-342

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Global 3D MHD Simulations of Optically Thin Black Hole Accretion Disks2004

    • 著者名/発表者名
      松元亮治
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics Suppl. 155

      ページ: 124-131

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Time Variabilities of Optically Thin Black Hole Accretion Disks Reproduced by 3D MHD Simulations2004

    • 著者名/発表者名
      町田真美
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics Suppl. 155

      ページ: 371-372

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] 加藤成晃, 林満, 松元亮治: "Formation of Semirelativistic Jets from Magnetospheres of Accreting Neutron Stars : Injection of Hot Bubbles into a Magnetic Tower"Astrophysical Journal. 600. 338-342 (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Koide: "Relativistic Outflow Magnetically-Driven by Black Hole Rotation"ApJ Letters. (in press). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Koide: "Extraction of Black Hole Rotational Energy by a Magnetic Field"Proceedings of 'High Energy Processes and Phenomena in Astrophysics', the IAU 8^<th> Asian-Pacific Regional Meeting. Vol.214. 87-90 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Koide, Shinji: "Magnetic extraction of black hole rotational energy : Method and results of general relativistic magnetohydrodynamic simulations in Kerr space-time"Physical Review D. vol.67 Issue 10. 104010-104010 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書

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公開日: 2003-04-01   更新日: 2018-03-28  

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