| 研究実績の概要 |
ブラックホールから相対論的速度で放出されるジェットの生成機構は宇宙物理学における最大の謎の一つである. 本研究では, 相対論的ジェットへの物質注入機構であるブラックホール近傍での電磁カスケード現象に注目し, 一般相対論的効果、粒子の加速と生成過程を取り入れた数値シミュレーションコードを用いて, 相対論的ジェットの生成機構の解明を目指している.
1. 先行研究の結果では, 粒子加速と粒子生成が準定常的に起こることが指摘されていたが, 我々がこれまでより長期間のシミュレーションを行った結果, 効率の高い粒子加速と生成がある決まった領域で準周期的に起こることがわかった. さらに広範囲のモデルパラメータの調査を行った結果, ブラックホール近傍から放出される粒子のエネルギーや個数といったジェット根元での物理状態に加え, 逆コンプトン散乱起源のガンマ線の光度といった観測的に検証可能な物理量の定量的な評価が可能となった.
2. 現実的なパラメータを採用して初めて準周期的な振る舞いを明らかにした結果, 曲率放射が電磁カスケード現象に与える効果, 具体的には曲率放射のガンマ線起源の粒子生成が電磁場構造に支配的な影響を与える条件, ガンマ線観測で検出されうる条件を明らかにした. 特に, 実際に検出されている電波銀河からの数100GeVの激しい時間変動を見せたフレアが, 曲率放射起源である可能性を初めて示した.
3. 粒子シミュレーションでは, 現実的な粒子の数を扱うことができないため, シミュレーション上の1つの粒子を多数の粒子の集合とみなす. このため, ある決まった物理的な粒子数に対してシミュレーションで扱う粒子が少ないほど, 一般には現実と異なる可能性がある. 我々はこの粒子数の効果について調査し, 採用すべき最小の粒子数を明らかにした.
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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
本年度の主な目標は, ブラックホール近傍での電磁カスケード現象における曲率放射の役割を明らかにすることである. この曲率放射のガンマ線光度とエネルギー範囲, 生成する粒子数が周囲の降着円盤からの放射特性などのモデルパラメータに対してどのような依存性を示すかについての定量的な評価が得られた. また, 次年度以降の拡張に向けて必要な数値的セットアップへの指標についても明らかにするなどの準備も整えており, 当初の予定通りの進展が達成できたと言える.
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| 今後の研究の推進方策 |
電磁カスケード現象が周囲の降着円盤からの放射特性などのモデルパラメータにどのように依存するかを広範囲で明らかにしたものの, どのパラメータの変化がきっかけとして観測されているようなフレアを起こすかはまだ明らかではない. このことはモデルと観測データの比較から物理量を引き出す上で問題となる. そこで, 今後はモデルパラメータの時間変動の効果を考慮することで, フレアの発生機構を明らかにする. また, 空間2次元の粒子シミュレーションへの拡張を予定していたが, 必要とされる粒子数が当初の見積もりよりも多いことが本年度の結果から明らかになった. そこで, そのまま空間2次元に拡張するのではなく, 電磁カスケードが起こる条件とその結果としてのガンマ線と粒子の注入に対して空間1次元シミュレーションで得られた結果をモデル化することで組み込むことで対応することを予定している.
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