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2023 年度 実施状況報告書

一般相対論的な多波長輻射・ニュートリノ計算で解明するブラックホールの観測的特徴

研究課題

研究課題/領域番号 23K03448
研究機関東京大学

研究代表者

川島 朋尚  東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (90750464)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワードブラックホール / 一般相対論的輻射輸送 / 高エネルギーニュートリノ / マルチメッセンジャー / 粒子加速 / 降着円盤 / 相対論的ジェット
研究実績の概要

発見から100年以上謎に包まれている相対論的ジェットの形成機構の解明や、これに強く関係していると考えられているブラックホールのスピン値への制限は宇宙物理における大きな課題である。近い将来、次世代Event Horizon Telescopeによる超高解像度の電波観測やCTA等による高エネルギーガンマ線観測、そしてIceCube gen2等による高エネルギーニュートリノ観測を組み合わせるマルチメッセンジャー観測と理論モデルの比較により、相対論的ジェットの形成機構の解明とブラックホールのスピン値の制限に向けて大きな進展が期待される。これに向けて、一般相対論的効果やブラックホール周囲のプラズマの大局的構造を考慮に入れたマルチメッセンジャー計算は喫緊の課題である。
そこでまず、大局的な構造を持った降着流からの高エネルギー・ニュートリノスペクトルを明らかにするために、一般相対論的な粒子加速・ニュートリノ放射計算コードνRAIKOUを開発した。このコードでは、一般相対論的磁気流体シミュレーションで得られた磁気流体場の流線に沿って宇宙線陽子(tracer particle)の軌道を追いながら、フォッカープランク方程式を解くことで大局的な降着流における様々な宇宙線陽子スペクトルの時間進化を扱える。そして、宇宙線陽子の各時刻・各位置での降着流の熱的陽子とのpp過程によるニュートリノスペクトルを計算する。このとき各放射領域における重力赤方偏移を考慮する。計算の結果、降着流の異なる位置から様々なスペクトル形状のニュートリノが重ね合わされることで、これまでの局所近似の計算結果よりもフラットな形状のスペクトルが現れることが明らかになった。

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

大局的な構造を持った降着流からの高エネルギー・ニュートリノスペクトルを計算することに成功し、論文化を進めている。また、次のステップの研究に必要な、様々なブラックホールスピンや磁場強度の場合の一般相対論的磁気流体シミュレーションについて、いくつかのモデルでの計算が終了し、次の計算の準備も整いつつある。

今後の研究の推進方策

輻射スペクトルやニュートリノスペクトルのブラックホールスピン依存性や降着流のタイプ(主に強磁場・弱磁場降着流)への依存性について調べる。また、ニュートリノ放射過程について、pp過程に加え、pγ過程の計算モジュールを開発し、pγ過程が大局的な計算により得られるスペクトルに与える影響を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

スケジュールの関係で参加できなかった研究会があったため次年度使用額が生じた。近年の物価高やこれに関連した航空券料金の高騰を考慮し、翌年度の物品費および研究会参加のための旅費に充てる予定である。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (10件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] マサチューセッツ工科大学ヘイ スタック観測所/スミソニアン天体物理学観測所/アリゾナ大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      マサチューセッツ工科大学ヘイ スタック観測所/スミソニアン天体物理学観測所/アリゾナ大学
  • [国際共同研究] フランクフルト大学/マックスプランク電波天文学研究所(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      フランクフルト大学/マックスプランク電波天文学研究所
  • [国際共同研究] ペリメーター研究所(カナダ)

    • 国名
      カナダ
    • 外国機関名
      ペリメーター研究所
  • [国際共同研究] ラドバウド大学(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      ラドバウド大学
  • [国際共同研究] 台湾中央研究院 天文及天文物理研究所(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      台湾中央研究院 天文及天文物理研究所
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      3
  • [雑誌論文] First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring2024

    • 著者名/発表者名
      The Event Horizon Telescope Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 964 ページ: L25~L25

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ad2df0

  • [雑誌論文] Ordered magnetic fields around the 3C 84 central black hole2024

    • 著者名/発表者名
      Paraschos G. F.、Kim J.-Y.、Wielgus M.、et al.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 682 ページ: L3~L3

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202348308

  • [雑誌論文] The persistent shadow of the supermassive black hole of M 872024

    • 著者名/発表者名
      The Event Horizon Telescope Collaboration
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 681 ページ: A79~A79

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202347932

  • [雑誌論文] RAIKOU (来光): A General Relativistic, Multiwavelength Radiative Transfer Code2023

    • 著者名/発表者名
      Kawashima Tomohisa、Ohsuga Ken、Takahashi Hiroyuki R.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 949 ページ: 101~101

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc94a

  • [雑誌論文] Precessing jet nozzle connecting to a spinning black hole in M872023

    • 著者名/発表者名
      Cui Yuzhu、Hada Kazuhiro、Kawashima Tomohisa、 et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 621 ページ: 711~715

    • DOI

      10.1038/s41586-023-06479-6

  • [雑誌論文] Comparison of Polarized Radiative Transfer Codes Used by the EHT Collaboration2023

    • 著者名/発表者名
      Prather Ben S.、Dexter Jason、Moscibrodzka Monika、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 950 ページ: 35~35

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acc586

  • [雑誌論文] First M87 Event Horizon Telescope Results. IX. Detection of Near-horizon Circular Polarization2023

    • 著者名/発表者名
      The Event Horizon Telescope Collaboration
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 957 ページ: L20~L20

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acff70

  • [雑誌論文] Polarimetric Geometric Modeling for mm-VLBI Observations of Black Holes2023

    • 著者名/発表者名
      Roelofs Freek、Johnson Michael D.、Chael Andrew、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 957 ページ: L21~L21

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acff6f

  • [雑誌論文] Dynamical energy dissipation of relativistic magnetic bullets2023

    • 著者名/発表者名
      Kusafuka Yo、Asano Katsuaki、Ohmura Takumi、Kawashima Tomohisa
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 526 ページ: 512~522

    • DOI

      10.1093/mnras/stad2804

  • [雑誌論文] A Search for Pulsars around Sgr A* in the First Event Horizon Telescope Data Set2023

    • 著者名/発表者名
      Torne Pablo、Liu Kuo、Eatough Ralph P.、et al.
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 959 ページ: 14~14

    • DOI

      10.3847/1538-4357/acf4f2

  • [学会発表] Particle-In-Cell Simulations of Mushroom-instability-driven Magnetic Reconnections in Collisionless Relativistic Jets2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Seiji Ishiguro, Toseo Moritaka, Ritoku Horiuchi, Kohji Tomisaka
    • 学会等名
      MR2023
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PIC Simulations of Mushroom-instability-driven Magnetic Reconnections in Collisionless Relativistic Jets2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Seiji Ishiguro, Toseo Moritaka, Ritoku Horiuchi, Kohji Tomisaka
    • 学会等名
      ASTRONUM2023 (15th International Conference on Numerical Modeling of Space Plasma Flows)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] High energy neutrino emission from a radiatively inefficient accretion flow based on a GRMHD simulation2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Katsuaki Asano
    • 学会等名
      HEPRO VIII: High Energy Phenomena in Relativistic Outflows
  • [学会発表] High Energy Neutrino Emission from Global Accretion Flows around Supermassive Black Holes2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Katsuaki Asano
    • 学会等名
      ICRC 2023 (The 38th International Cosmic Ray Conference)
  • [学会発表] ブラックホール降着流および相対論的ジェットの 一般相対論的多波長輻射輸送計算 ~そしてマルチメッセンジャー研究へ~2023

    • 著者名/発表者名
      川島朋尚、大須賀健、高橋博之、浅野勝晃
    • 学会等名
      MHD2023 (宇宙プラズマの活動性~天体形成から高エネルギー現象まで~)
  • [学会発表] 大局的なブラックホール降着流からの高エネルギーニュートリノ放射2023

    • 著者名/発表者名
      川島朋尚、浅野勝晃
    • 学会等名
      マルチメッセンジャー天文学の展開
  • [学会発表] High energy neutrino emission from a global accretion flow around a SMBH based on a GRMHD simulation model2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Katsuaki Asano
    • 学会等名
      TeVPA 2023
  • [学会発表] High-energy neutrino emission from GRMHD accretion flows onto supermassive black holes2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Katsuaki Asano
    • 学会等名
      The 32nd Texas Symposium on Relativistic Astrophysics
  • [学会発表] High-Energy Neutrino Emission from RIAFs in GRMHD simulations: Current Status and Prospects for MAD Simulations2023

    • 著者名/発表者名
      Tomohisa Kawashima, Katsuaki Asano
    • 学会等名
      学術変革領域研究(A) マルチメッセンジャー宇宙物理学 第一回領域研究会
  • [備考] 初撮影から1年後のM87ブラックホールの姿

    • URL

      https://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/news/14656/

  • [備考] 歳差運動するM87ジェットの噴出口~巨大ブラックホールの「自転」を示す新たな証拠~

    • URL

      https://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/news/14122/

  • [備考] M87巨大ブラックホールを取り巻く降着円盤とジェットの同時撮影に初めて成功

    • URL

      https://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/news/13485/

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公開日: 2024-12-25  

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