三次元一般相対論的電磁流体シミュレーションで迫る活動銀河核ジェットの力学進化

通过三维广义相对论磁流体动力学模拟研究活跃星系核喷流的动力学演化

基本信息

批准号：
20K14473
负责人：
松本仁
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Keio University (2021-2022)Fukuoka University (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度の軸対称二次元相対論的電磁流体シミュレーションにより、磁気極性の反転を繰り返すジェットは、伝播中、磁気中性面で磁気散逸が生じ加速されることがわかった。しかし、ジェットの安定性には、非軸対称モードの不安定性が大きな影響を与えるため三次元性が不可欠である。そこで、本年度は、計算領域の底から境界条件として相対論的ジェットを注入しジェットの伝搬を調べる三次元シミュレーションを行った。相対論的ジェットは超音速流であるため銀河間媒質を伝搬する際、ジェットの先端領域で衝撃波が形成される。衝撃波を通過した元々ジェット成分である流体要素は、圧縮を受けるがジェット伝搬方向への行き場を失い、ジェット側面に漏れ出ることでジェットを取り囲むコクーン媒質となる。ジェットとコクーン媒質の圧力差が引き金となり、ジェットは過圧縮・過膨張を繰り返すことでジェット半径の振動が生じる。この振動にともなう非軸対称モードの流体不安定性が成長することでジェット境界は不安定となる。磁気極性が反転しないジェットモデルにおいて、トロイダル磁場の磁場強度をパラメータにし、ジェット伝搬中におけるジェット境界の安定性を調べた。その結果、ジェットの磁気圧がガス圧よりも大きくなると振動にともなう非軸対称モードの流体不安定性の成長を抑えることがわかった。その一方で、トロイダル磁場が強くなるにつれてKink不安定性の成長が確認され、直進的なジェット構造が進行方向に対して曲げられることがわかった。

去年的轴对称二维相对论磁流体动力学模拟表明，反复反转磁极性的射流在磁中性表面经历磁耗散，并在传播过程中加速。然而，三维性对于射流稳定性至关重要，因为非轴对称模式的不稳定性影响很大。因此，今年，我们通过从计算域底部注入相对论性射流作为边界条件，进行了三维模拟来研究射流的传播。由于相对论性射流是超音速流，因此当其在星际介质中传播时，在射流的尖端区域会形成冲击波。原本是射流成分的流体元，经过冲击波后被压缩，却在射流传播方向无处可去，向射流侧面泄漏，成为包围射流的茧状介质。由射流和茧介质之间的压力差触发，射流反复过度压缩和过度膨胀，导致射流半径振动。随着非轴对称模式的流体不稳定性由于这种振动而增加，射流边界变得不稳定。在磁极性不反转的射流模型中，我们使用环形磁场的磁场强度作为参数研究了射流传播过程中射流边界的稳定性。结果发现，当射流的磁压力变得大于气体压力时，由于振动导致的非轴对称模式的流体不稳定性的增长被抑制。另一方面，随着环形磁场变强，扭结不稳定性被证实增加，并且发现直射流结构相对于行进方向弯曲。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

2D numerical study for magnetic field dependence of neutrino-driven core-collapse supernova models

DOI：
10.1093/mnras/staa3095
发表时间：
2020-08
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
J. Matsumoto;T. Takiwaki;K. Kotake;Y. Asahina;H. R. Takahashi
通讯作者：
J. Matsumoto;T. Takiwaki;K. Kotake;Y. Asahina;H. R. Takahashi

Magnetic support for neutrino-driven explosion of 3D non-rotating core-collapse supernova models

3D非旋转核心塌陷超新星模型中微子驱动爆炸的磁力支持

DOI：
10.1093/mnras/stac2335
发表时间：
2022
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Matsumoto Jin;Takiwaki Tomoya;Kotake Kei;Asahina Yuta;Takahashi Hiroyuki R.
通讯作者：
Takahashi Hiroyuki R.

磁場反転ジェットの伝搬タイナミクス

磁场反转射流的传播动力学

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Koiwai T.;Wimmer K.;Doornenbal P.;Obertelli A.;Barbieri C.;Duguet T.;Holt J.D.;Miyagi T.;Navratil P.;Ogata K.;Shimizu N.;Soma V.;Utsuno Y.;et al.;Yevgeny Stadnik;松本仁
通讯作者：
松本仁

Magnetohydrodynamics with Swirling Flow: Astrophysical Impacts via Plasma Outflows

旋流磁流体动力学：等离子体流出对天体物理的影响