| 研究課題/領域番号 |
18K13594
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| 研究機関 | 国立天文台 |
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研究代表者 |
川島 朋尚 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 特任助教 (90750464)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ブラックホール / 中性子星 / 一般相対論的輻射輸送計算 / 降着円盤 / 相対論的ジェット / X線天文学 / イベント・ホライズン・テレスコープ / ブラックホールシャドウ |
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| 研究実績の概要 |
自身で開発した一般相対論的輻射輸送コード「RAIKOU」を用いて、超高光度X線源の中心エンジンの候補である恒星質量ブラックホールおよび中性子星への超臨界降着流の輻射スペクトル計算を実施した。その結果、中性子星、無回転ブラックホール、高速回転ブラックホールの順にX線スペクトルはソフトからハードなものになることを明らかにした。
また、磁場が強い中性子星への柱状の超臨界降着流の輻射流体シミュレーションを実施した。降着率に依存して柱状の降着流の内部構造は大きく異なることや、降着流の側面から大部分の光子が脱出しエディントン限界光度を超え、降着率が高いほどその光度が高いことを示した。
また、RAIKOUの巨大ブラックホールのブラックホールシャドウ計算への適用も実施した。イベント・ホライズン・テレスコープの理論・シミュレーション班に所属してM87*におけるブラックホールシャドウの初観測論文についての理論解釈論文執筆に参加・貢献した。さらにRAIKOUを用いて、このイベント・ホライズン・テレスコープのプロジェクトに用いる輻射輸送コードの性能評価論文にも参加・貢献した。
今回のイベント・ホライズン・テレスコープの観測で得られたブラックホールシャドウのイメージからは、M87*の巨大ブラックホールの質量を測定できたがスピンに制限を与えることはできなかった。我々はM87*が降着率増加に伴うフレア状態に現れると予想される暗い三日月構造からブラックホールのスピンを制限する新しい方法を提案し、この暗い三日月構造は2020年代のスペースVLBIに拡張されたイベント・ホライズン・テレスコープにより検出可能であることを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
自身が開発した一般相対論的輻射輸送コードRAIKOUを用いて、超臨界降着流の中心天体が中性子星か恒星質量ブラックホールであるかでX線スペクトルに有意な違いが現れることを示すことができた。この成果を今後論文にまとめる予定である。
磁場が強い中性子星への柱状の超臨界降着流の輻射流体シミュレーションについては結果を論文にまとめ投稿した。
巨大ブラックホールに関しては、イベント・ホライズン・テレスコープのプロジェクトに参加し、撮像されたM87*のブラックホールシャドウの理論解釈に貢献した。この歴史的な論文の共著者となり、論文は出版された。そしてこのプロジェクトの一般相対論的輻射輸送コードの比較論文にもRAIKOUを用いて共著者として参加しており、論文は近日中に投稿される予定である。さらにM87*での高降着率状態でスピンを制限する新しい方法を示す論文が受理されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度までに行った超高光度X線源の中心エンジンに関する研究では、ブラックホールのスピンを0か降着円盤と同じ向きに高速回転する場合の2通りだけを調べていた。そこで降着円盤と逆回転の場合も含めてブラックホールのスピンが輻射スペクトルに与える影響について詳しく調べる。また中心エンジンは中性子星と恒星質量ブラックホールの超臨界降着流を仮定していたが、中間質量ブラックホールへの亜臨界降着流も中心エンジンの候補である。そこで、中間質量ブラックホールへの亜臨界降着流の輻射スペクトル計算を実施する。
ブラックホールシャドウの研究については、一般相対論的磁気流体シミュレーションで得られる大局的な相対論的ジェットの物理量分布を用いて、ブラックホールシャドウおよび相対論的ジェットのイメージを計算する。ジェットがよく見える低周波とブラックホールシャドウが見える高周波において自己矛盾のないモデルを構築し、M87*のブラックホールのスピンへの新たな制限を目指す。またブラックホールシャドウの時間変動計算も行う。
偏光を含めた一般相対論的輻射輸送コードの開発および上記の研究の拡張も進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
年度末に論文作成用のソフトウェアを購入したが、クレジットカードの明細が年度内に発行されなかったため、次年度に繰り越した。ほとんどがこのソフトウェアの代金に当てられる予定であり、現在手続きを進めている。
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| 備考 |
【本研究に関連して実施した国際共同研究の実施状況】ではトータル76機関におよぶ大規模な国際プロジェクト研究だったために、評議会に代表者を出している機関のみ記述
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