一般相対論的磁気流体シミュレーションで探る相対論的ジェット形成の物理と宇宙線加速

• 研究課題/領域番号: 15K17670
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 水田 晃 国立研究開発法人理化学研究所, 戎崎計算宇宙物理研究室, 研究員 (90402817)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ブラックホール / 宇宙ジェット / 降着円盤 / 磁気流体力学 / 一般相対性理論 / 活動銀河核ジェット / 宇宙線 / 粒子加速 / ブレーザー / 一般相対論 / 磁気流体シミュレーション / 航跡場加速

研究成果の概要

ブラックホール降着流のグローバル一般相対論的磁気流体シミュレーションを行った。降着円盤内部で磁気回転不安定性による線形成長理論同程度の成長時間の磁場増幅と磁気散逸による磁場減衰が繰り返し、それに伴い円盤鉛直方向にアルヴェン波が放出された。その一部は相対論的アルフヴェン波としてジェット中を伝播し電磁波となりうる。この波によってEbisuzaki & Tajima(2014)で議論された最高エネルギー宇宙線加速やブレーザーでのガンマ放射の源となる比熱的高速電子の加速が可能であり、シミュレーションで見られたアルフヴェン波のフレアの時間スケールは観測されたブレーザーのフレアの時間スケールを再現する。

研究成果

• [国際共同研究] UC Irvine(米国)
• [国際共同研究] カリフォルニア大学アーバイン校(米国)
• [国際共同研究] UC Irvine(米国)
• [雑誌論文] TIME EVOLUTION of KELVIN-HELMHOLTZ VORTICES ASSOCIATED with COLLISIONLESS SHOCKS in LASER-PRODUCED PLASMAS (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 号: 2 ページ: 93-93
  • DOI: 10.3847/0004-637x/828/2/93
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Characterization of the production of intense Alfven pulses: GRMHD simulation of black hole accretion disks (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira MIZUTA
  • 学会等名: Dawn of a new era for black hole jets in active galaxies
  • 国際学会
• [学会発表] ブラックホール磁気圏と相対論的ジェット (2018)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 研究会X
• [学会発表] 3D GRMHD シミュレーションによるブラックホール降着円盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: ブラックホール磁気圏研究会
• [学会発表] ブラックホール降着円盤からの大振幅アルフヴェンバーストと粒子加速 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 日本物理学会第73回年次大会
• [学会発表] ブラックホール降着円盤の系からのジェット形成と宇宙線加速 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 日本天文学会2017年春季年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県博多市）
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] General Relativistic MHD simulation of a blackhole, accretion disk, and jets (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Mizuta
  • 学会等名: Plasma Astrophysics and Extreme High Energies
  • 発表場所: アーバイン市、アメリカ合衆国
  • 年月日: 2017-02-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ブラックホール降着円盤の時間変動と相対論的ジェットの活動性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 磁気流体プラズマで探る高エネルギー天体現象
• [学会発表] ブラックホール降着円盤からのアルフヴェンバーストによる宇宙線加速とブレーザーの活動性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] ブラックホール降着円盤の時間変動と相対論的ジェットの活動性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理研究会
• [学会発表] Characterization of the production of intense Alfven pulses: GRMHD simulation of black hole accretion disks (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira MIZUTA
  • 学会等名: Theories of Astrophysical Big Bangs
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D GRMHD simulations of accretion flows and relativistic jets for cosmic ray acceleration (2016)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 第6回 DTAシンポジウム 「星形成を軸に俯瞰する磁場の役割とその観測的検証」
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] 3D GRMHD simulations of relativistic jet launch and particle acceleration (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Mizuta
  • 学会等名: Particle Astrophysics and Cosmology Including Fundamental InteraCtions (PACIFIC)
  • 発表場所: モーレア島、フランス領ポリネシア
  • 年月日: 2016-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] GRMHD数値実験によるブラックホール降着円盤とジェット非軸対称性の重要性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] 3D-GRMHD simulation of black hole and accretion disk (2016)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 第9回『ブラックホール磁気圏 勉強会』研究会
  • 発表場所: マウントレースイホテル（北海道・夕張市）
  • 年月日: 2016-03-04
• [学会発表] GRMHD simulations of black hole and accretion disk (2016)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2015
  • 発表場所: 東京大学宇宙線研（千葉県・柏市）
  • 年月日: 2016-01-14
  • 招待講演
• [学会発表] 3D-GRMHD シミュレーションによるブラックホール降着円盤からのジェット形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会 2015
  • 発表場所: ときわや（静岡県・沼津市）
  • 年月日: 2015-11-26
• [学会発表] 3D GRMHD simulations of jets from black hole and accretion disk (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Mizuta
  • 学会等名: Symposium on Quarks to Universe in Computational Science (QUCS 2015)
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム（奈良県・奈良市）
  • 年月日: 2015-11-05
  • 国際学会
• [学会発表] Launching magnetized relativistic jets and cosmic ray acceleration by wake field acceleration by strong Alfvenic wave (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Mizuta
  • 学会等名: Outlook on Wake Field Acceleration: the Next Frontier
  • 発表場所: CERN（スイス・ジュネーブ市）
  • 年月日: 2015-10-15
  • 国際学会
• [学会発表] 3D GRMHD simulations of jet launch from BH and accretion disk (2015)
  • 著者名/発表者名: Akira Mizuta
  • 学会等名: HEAP2015
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • 年月日: 2015-10-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 3D GRMHD数値実験によるブラックホール降着円盤とジェット形成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 日本天文学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] 3D GRMHD simulations of jet formation from accretion disk (2015)
  • 著者名/発表者名: 水田晃
  • 学会等名: 降着円盤大研究会2015
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2015-06-21