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ブラックホールや中性子星の強い重力は、ガスを引き込む一方で、強力なガス噴出流も生み出すと考えられる。特に、超臨界降着と呼ばれる大きな質量降着率を持つガスの流れは、超巨大ブラックホールの形成機構や超高光度X線源の謎を解明する手がかりとして重要視されている。そこで本研究では、質量降着率の大きなガス降着流、およびそこで発生するガス噴出流をターゲットした大規模な数値シミュレーションを実施した。
一般相対性理論を組み込んだ輻射磁気流体シミュレーションでは、中性子星への超臨界降着流の構造を解明した。ブラックホール以上に強力なガス噴出流を生じることや、強い磁場により磁極付近に降着柱が生成されることを解明した。また、超臨界降着流から輻射力で加速されるガス噴出流は、レーリー・テイラー不安定により細かいガス雲に分裂することを世界初の３次元シミュレーションで示した。これらは、近年発見された超高光度X線源の光度変動を説明できる有力な理論モデルとなっている。さらに、流体シミュレーションの結果を用いた輻射スペクトル計算を実施し、超高光度X線源の謎の硬X線放射が、アウトフローに含まれる高温ガス中で引き起こされる逆コンプトン散乱であることを示した。
加えて、発生したアウトフローが星間ガス中を伝搬する様子を磁気流体シミュレーションで調査したところ、高密度ガス雲が磁気張力で加速されることを解明した。さらに、宇宙初期において銀河中心に形成された種ブラックホールが、ガス噴出流を起こしつつも超臨界降着で急速に成長できることを解明した。
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