2016 Fiscal Year Research-status Report
３次元輻射磁気流体力学計算による多種多様なブラックホール噴出流の統合理論の構築
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15K05036
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
大須賀 健 国立天文台, 理論研究部, 助教 (90386508)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ブラックホール / ジェット / アウトフロー / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ブラックホールの周辺には降着円盤が存在し、そこから強力なジェットと円盤風が噴出している。これらは、噴出位置や噴出メカニズムが異なることが考えられる。そこで、多岐にわたるガス噴出流を多次元シミュレーションで調べる研究を一貫して進めている。
本年度は、ブラックホール周囲の降着円盤およびジェットの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを行った。その結果、ブラックホールの自転のエネルギーの引き抜きによって強力なジェットが噴出するばかりか、ブラックホール周辺のガス温度が上昇することがわかった。これにより、硬X線の起源を説明できる可能性がある。
また、中性子星極冠への柱状のガス降着のシミュレーションも行った。降着柱でもエディントン光度を超えることが可能であることがわかった。また、中性子星の磁軸と自転軸がずれている場合は、このモデルでパルスを説明できることもわかった。昨今、ブラックホール天体と思われていた超光度X線源にパルスが見つかり、中心天体が中性子星であることが判明したが、まさにこの超光度X線源のパルスを再現できる理論モデルを構築したことになる。
円盤風のシミュレーションも行った。金属元素の束縛―束縛遷移吸収で加速されてガスが噴き出すというラインフォース駆動型円盤風を、輻射流体シミュレーションで再現し、円盤風のパワーと、発射源である降着円盤の光度との相関を調べた。結果、観測されている相関関係を見事に説明することに成功した。これは、数ある円盤風モデルの中でも、ラインフォース駆動型円盤風が実際に存在することの傍証である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度から行っていた輻射磁気流体力学シミュレーションコードを、一般相対論バージョンへと拡張することに成功し、コードのチューニングも順調に終了した。これにより、いよいよブラックホール時空中での減少を調べることが可能となり、実際に成果を出すことができた。また、中性子星とブラックホールの違いも歴史的な大問題であるが、これに対してもより現実的に研究を進める目処が立った。
また、円盤風のシミュレーションにおいても、理論的な発展があったおかげで観測と比較できるレベルまで到達した。実際に、円盤光度と円盤風の質量、運度量、エネルギーの相関について理論モデルと観測結果を比較したところ、見事に一致させることができた。理論と観測との比較による研究ができるところまでシミュレーションのレベルを上げることができたのは大きな成果である。
ブラックホール天体と思われていた超光度X線源にパルスが見つかったことで、これまでの研究が根本から見直すことが必要となった。しかし、ブラックホールの研究で培ったシミュレーションコードを、速やかに中性子星版へ修正することができたため、大きな成果を上げ、結果をプレスリリースすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ブラックホールと並行して中性子星周囲の現象も詳しく調べる計画である。中性子星はブラックホールと違って硬い表面があり、しかも、強い磁場を持っていることが頻繁である。このため、ブラックホールよりも研究が難しい。これまで作成したブラックホール用の一般相対性論的輻射磁気流体シミュレーションコードを、中性子星用に改良して研究を進める予定である。改良は順調に進んでおり、最後のテスト段階にある。
また、より厳密な一般相対論コードの開発も進める。これまで培ってきた輻射磁気流体コードは、輻射輸送方程式を直接解かず、立体角積分した輻射モーメント式だけを扱っていた。この手法では正しい輻射場が得られない場合があり、最終結論を出すことができなかった。そこで、厳密な輻射磁気流体コードを開発するのである。特殊相対論版が無事に完成しているので、今度は一般相対論版へと拡張する計画である。といっても、ガスと輻射の相互作用はブラックホール時空であっても同様に扱えるので、必要なアップデートは光の伝搬部分だけである。
また、輻射スペクトル計算を行うためのコードも完成しつつあるので、理論的に作り上げた輻射スペクトルと観測データを直に比較し、理論モデルの検証を行っていく計画である。
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| Causes of Carryover |
京都大学の共同研究者と年度末に研究打ち合わせを予定していたが、日程の調整がつかずに延期となった。数値シミュレーションコードの改良が目的であり、これには直接会って作業する必要があるので、テレビ会議等での代用は不可能である。したがって、2017年度の早い時期に予定していた研究打ち合わせを実施する計画である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
数値シミュレーションコードの改良作業のための研究打ち合わせを、2017年度の５月、もしくは６月に予定している。これは年度末に予定していた研究打ち合わせが延期となったためである。年度が変わったために次年度使用となったが、研究計画に変更はない。
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Research Products
(16 results)
