磁気流体数値実験とＸ線観測の連携によるブラックホール候補天体の状態遷移過程の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340040
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 松元 亮治 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00209660)
• 研究分担者: 根來 均 日本大学, 理工学部, 教授(Professor) (30300891) ; 花輪 知幸 千葉大学, 先進科学センター, 教授(Professor) (50172953) ; 町田 真美 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教(Research Associate) (50455200) ; 廣瀬 重信 独立行政法人海洋研究開発機構, 地球内部ダイナミクス領域, 主任研究員 (90266924)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 理論天文学 / Ｘ線天文学 / 降着円盤 / 磁気流体力学 / シミュレーション / ブラックホール / 宇宙ジェット / 潮汐破壊

研究概要

理論シミュレーション分野と観測分野の連携によって「ブラックホール＋降着円盤」系における降着率変動に伴う状態遷移過程の全貌を明らかにすることを目的として、(1) 輻射磁気流体シミュレータ改訂班、(2) シミュレーション実施・可視化・データ解析班、(3) Ｘ線観測連携班による研究を実施した。
輻射磁気流体班では輻射輸送方程式の角度方向に関する1次モーメント式を用いて輻射流束の時間発展を陽的差分法によって解くコードを実装し、軸対称性を仮定した超臨界降着流の輻射磁気流体計算を実施した。シミュレーション実施班ではHLLD法に基づく空間５次、時間３次の円筒座標系３次元磁気流体コードCANS+を用いて輻射冷却を考慮した降着円盤の３次元シミュレーションを実施し、ブラックホール近傍の高温円盤中で準周期的に反転するダイナモ磁場と、その外側の低温領域の強い方位角磁場がリコネクトすることによって低温円盤が加熱され、高温円盤と低温円盤の共存状態が維持されることを示した。
X線観測との連携では、高温・低温円盤共存モデルを全天Ｘ線監視装置MAXIで観測されたブラックホール候補天体の状態遷移に適用するとともに、2011年3月に発生した巨大ブラックホールによる恒星の潮汐破壊と考えられる事象（Swift J1644+57）について、２次元軸対称輻射流体コードを用いた数値実験によって超臨界降着状態と亜臨界降着状態の間のリミットサイクル振動が発生する可能性を示し、この天体が2014年に再増光する可能性を指摘した論文を出版した。銀河系中心ブラックホールSgr A*に接近しつつあるガス雲G2と降着円盤相互作用の３次元磁気流体シミュレーションも実施し、最接近後、降着率が１桁程度上昇することを示した。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Convection Causes Enhanced Magnetic Turbulence in Accretion Disks in Outburst (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirose, S., Blaes, O., Krolik, J., Coleman, M.S.B., Sano, T.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] MAXI/GSC Discovery of the Black-Hole Candidate MAXI J1305-704 (2013)
  • 著者名/発表者名: Morihana, K., Sugizaki, M., Nakahira, S., Shidatsu, M., Ueda, Y., Serino, M., Mihara, T., Matsuoka, M., Negoro, H., Kawai, N
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: Vol.65 ページ: L10(5)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.5.L10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid Spectral Changes of Cygnus X-1 in the Low/Hard State with Suzaku (2013)
  • 著者名/発表者名: Yamada, S., Negoro, H., Torii, S., Noda, H., Mineshige, S., Makishima, K
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: L34 (5pages)
  • DOI: 10.1088/2041-8205/767/2/L34
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral Evolution of a New X-Ray Transient MAXI J0556-332 Observed by MAXI, Swift, and RXTE (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugizaki, M., Yamaoka, K., Matsuoka, M., Kennea, J.A., Mihara, T., Hiroi, K., Ishikawa, M., Isobe, N., Kawai, N., Kimura, M., Kitayama, H., Kohama, M., Matsumura, T., Morii, M., Nakagawa, Y.E., Nakahira, S., Nakajima, M., Negoro, H. 他16名
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65 ページ: 58 (14pages)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.3.58
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Propeller-effect Interpretation of MAXI/GSC Light Curves of 4U 1608-52 and Aql X-1 and Application to XTE J1701-462 (2013)
  • 著者名/発表者名: Asai, K., Matsuoka, M., Mihara, T., Sugizaki, M., Serino, M., Nakahira, S., Negoro, H., Ueda, Y., Yamaoka, K
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 773 ページ: 117 (7pages)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/773/2/117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recurrent Outbursts and Jet Ejections Expected in Swift J1644+57: Limit-Cycle Activities in a Supermassive Black Hole (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawashima, T., Ohsuga, K., Usui, R., Kawai, N., Negoro, H., Matsumoto, R.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65 ページ: L8 (5pages)
  • DOI: 10.1093/pasj/65.4.L8
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Accretion Disk and Ionized Absorber of the 9.7 hr Dipping Black Hole Binary MAXI J1305-704 (2013)
  • 著者名/発表者名: Shidatsu, M., Ueda, Y., Nakahira, S., Done, C., Morihana, K., Sugizaki, M., Mihara, T., Hori, T., Negoro, H., Kawai, N., Yamaoka, K., Ebisawa, K., Matsuoka, M., Serino, M., Yoshikawa, T., Nagayama, T., Matsunaga, N.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 779 ページ: 26 (17pages)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/779/1/26
  • 査読あり
• [学会発表] X-ray Flares Induceｄ by the Magnetic Reconnection in Black Hole Accretion Disks (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawashima, T., Ogawa, T., Ono, T., Oda, H., Matsumoto, R.
  • 学会等名: US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 20140520-20140524
  • 招待講演
• [学会発表] Global Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulations of Hard-to-Soft Transition and Jet Formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, R., Kawashima, T., Machida, M.
  • 学会等名: Suzaku-MAXI 2014 Expanding the Fontiers of the X-ray Universe
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 20140219-20140222
• [学会発表] 突発天体Swift J1644+57の再バースト予測 ＩＩ：潮汐破壊星による質量供給率の時間変化を考慮した輻射流体シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 川島朋尚、大須賀健、薄井竜一、河合誠之、根來均、松元亮治
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] MHD乱流のグリッドスケールでのエネルギー散逸率の評価について (2013)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬重信
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] X-ray Flares Triggered by the Tidal Disruption of a Gas Cloud Approaching the Galactic Center Supermassive Black Hole
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, R., Ono, T., Oda, H., Kawashima, T.
  • 学会等名: 12th International Workshop on the Interrelationship betwee Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS)
  • 発表場所: 白馬（長野県）
  • 招待講演
• [学会発表] Limit-Cycle Activities in a Tidal Disruption Event by a Supermassive Black Hole
  • 著者名/発表者名: Kawashima, T., Ohsuga, K., Usui, R., Kawai, N., Negoro, H., Matsumoto, R.
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [学会発表] Numerical Study of Supercritical Accretion Flow onto the Black Hole using Relativistic Radiation Magnetohydrodynamic Code
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H.R., Ohsuga, K.
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [学会発表] Magnetohydrodynamic Simulations of the Hard-to-Soft Transition in Black Hole Accretion Flows
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, R., Ono, T., Oda, H., Kawashima, T.
  • 学会等名: 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市）
• [学会発表] ブラックホール候補天体の明るいハードステートにおける時間変動の起源
  • 著者名/発表者名: 松元亮治、小野貴史、小田 寛、川島朋尚
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
• [学会発表] 銀河系中心Sgr A*に接近するガス雲G2と高温降着流の相互作用：3次元磁気流体シミュレーションによるフレア予測
  • 著者名/発表者名: 川島朋尚、小川崇之、松元亮治
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
• [学会発表] MAXIが発見検出した2013年度前半の突発天体と突発現象
  • 著者名/発表者名: 根來 均、福島康介、芹野素子、 森井幹雄、三原建弘、 松岡 勝、冨田 洋、中平聡志、河合誠之ほかMAXIチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
• [学会発表] 超臨界降着流からのジェット/アウトフローの形成
  • 著者名/発表者名: 高橋博之、大須賀健
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
• [学会発表] 超臨界降着円盤からのアウトフロー形成
  • 著者名/発表者名: 高橋博之、大須賀健
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [学会発表] ブラックホール降着流状態遷移中の準周期的な磁気リコネクション
  • 著者名/発表者名: 川島朋尚、小川崇之、小田寛、松元亮治
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [学会発表] 水素電離を伴う降着円盤におけるエネルギー輸送
  • 著者名/発表者名: 廣瀬重信、Omer Blaes、Mattew Coleman、Julian Krolik、佐野孝好
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [学会発表] 銀河系中心ブラックホールへのガス雲落下の磁気流体数値実験
  • 著者名/発表者名: 松元亮治、小川崇之、小野貴史、川島朋尚
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学（東京都小金井市）
• [学会発表] Recent highlight events triggered by MAXI
  • 著者名/発表者名: Negoro, H., MIhara, T., Sugizaki, M., Serino, M., Morii, M., Matsuoka, M., Ueno, S., Tomida, H, Nakahira, S., Kimura, M., Nakagawa, Y., Kawai, N., Yoshida, A., Sakamoto, T., Tsunemi, H., Nakajima, M., Ueda, Y., Tsuboi, Y., Yamauchi, M., Yamaoka, K.
  • 学会等名: INTEGRAL workshop "INTEGRAL's journey through the high energy sky"
  • 発表場所: Rome, Italy
• [学会発表] MAXI observes black-hole X-ray novae from the beginning to the end
  • 著者名/発表者名: Negoro, Hitoshi
  • 学会等名: Suzaku-MAXI 2014 Expanding the Frontiers of the X-ray Universe
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 招待講演
• [学会発表] ブラックホール候補天体MAXI J1828-249の発見とMAXIが発見検出した2013年度後半の突発天体
  • 著者名/発表者名: 根來 均、福島康介、鈴木和彦、小野寺卓也、中平聡志、冨田 洋、芹野 素子、森井 幹雄、三原 建弘、松岡 勝、河合誠之ほかMAXIチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [学会発表] ガス雲G2の衝突による銀河中心Sgr A*高温降着流内部での磁場増幅と降着率変化
  • 著者名/発表者名: 川島朋尚、松元亮治
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [学会発表] 矮新星アウトバースト時の降着円盤における磁気乱流状態
  • 著者名/発表者名: 廣瀬重信、Omer Blaes、Julian Krolik、Mattew Coleman、佐野孝好
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [学会発表] Swift J1644+57が示す巨大ブラックホール降着円盤の状態遷移
  • 著者名/発表者名: 松元亮治、川島朋尚
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学（東京都三鷹市）
• [学会発表] 全天Ｘ線監視装置MAXIによる最近の成果
  • 著者名/発表者名: 根來均 他43名
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県平塚市）