Exploring the spacetime structure and the origins of supermassive black holes by general relativistic radiative transfer with high accuracy

利用广义相对论辐射传输高精度探索超大质量黑洞的时空结构和起源

基本信息

批准号：
21H01132
负责人：
高橋労太
金额：
$ 9.73万
依托单位：
Tomakomai National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、一般相対論的光子ボルツマン方程式を数値的に直接解く手法を開発することにあるが、申請者と分担者の過去の研究により開発された一般相対論的光子ボルツマン方程式ソルバーARTISTには、光子多重散乱の効果が正しく取り入れられていないという問題とシミュレーションの空間次元が2次元に限定されているという問題等が存在した。光子多重散乱に関しては、本研究の2021年度の研究により4次元時空中での等方弾性散乱を仮定した場合の無限個の光子の集団的振舞いを記述する確率密度関数の解析解が偶然発見された。2022年度当初は、発見された解析解を非等方散乱、非弾性散乱に拡張することを予定していたが、数値シミュレーションに組み込むために解析解を元に計算したデータを整備することと4次元時空中の確率密度関数ではなく、8次元位相空間中の確率密度関数に拡張する必要があることがわかり、これらを行った。データの整備については、計算に予想以上の時間を要していたが、一部を残して完了した。8次元位相空間への拡張については、当初、拡張の方法が不明であったが、分担者との議論を通じて解決の方向性が見えた段階にある。また、これらの計算の過程の中で、多重散乱光子の確率密度関数だけでなく、光子数密度4元フラックスが解析的に記述できた。更に、高エネルギー宇宙線伝搬問題に応用できることもわかった。これらの結果は学会などの発表で公表した。一方で、上記したARTISTコードをカー時空中の空間3次元計算に拡張する試みについてであるが、これは実現し、空間3次元計算の結果を掲載した論文を公表した。空間3次元への拡張の中で、ARTISTコードでは光子数保存が成立していないことが判明したが、この問題を解決するための計算アルゴリズムを構築し、光子数保存が保たれる形で空間3次元の計算が実行された。

本研究的目的是开发一种直接数值求解广义相对论光子玻尔兹曼方程的方法，但存在未适当考虑光子多重散射效应以及模拟的空间维度有限等问题。到二维。关于光子多重散射，我们在 2021 年的研究意外地发现了概率密度函数的解析解，该函数描述了假设四维空间 Ta 中各向同性弹性散射的无限数量光子的集体行为。最初，我们计划在2022年度将所发现的解析解扩展到各向异性散射和非弹性散射，但为了将其纳入数值模拟，需要准备基于解析解计算的数据。将概率密度函数转换为八维拓扑空间中的概率密度函数，而不是维度时空中的概率密度函数，这样就完成了。关于数据的准备，计算时间比预期要长，但除了一部分之外，全部完成了。关于扩展到八维拓扑空间，最初的扩展方法还不清楚，但我们现在已经到了通过与合作者讨论找到解决方案的阶段。此外，在这些计算过程中，我们不仅能够解析描述多个散射光子的概率密度函数，而且能够解析描述光子数密度四维通量。此外，发现该方法可以应用于高能宇宙线传播问题。这些结果在学术会议和其他会议上公布。另一方面，关于将上述ARTIST代码扩展到Kerr空间中的空间三维计算的尝试，我们已经实现了这一点，并发表了一篇包含空间三维计算结果的论文。在扩展到三维空间的过程中，我们发现ARTIST代码没有保留光子数，但是我们构建了一个计算算法来解决这个问题，并以保留光子数的方式扩展了空间。进行了尺寸计算。

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

3D photon conserving code for time-dependent general relativistic radiative transfer: CARTOON

用于依赖时间的广义相对论辐射传输的 3D 光子守恒代码：CARTOON

DOI：
10.1093/mnras/stac2822
发表时间：
2022
期刊：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
影响因子：
4.8
作者：
Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta
通讯作者：
Asahina Yuta

相対論的流体中の光子多重散乱

相对论流体中的光子多次散射

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋労太（国立高専機構苫小牧高専）;梅村雅之;大須賀健;朝比奈雄太（筑波大学）
通讯作者：
朝比奈雄太（筑波大学）

測地線に沿った時間依存型一般相対論的輻射輸送計算コードの開発

沿测地线依赖时间的广义相对论辐射输运计算代码的开发

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Linh B. D.、Corsi A.、Gillibert A.、Obertelli A.、Doornenbal P.、Barbieri C.、Chen S.、Chung L. X.、Duguet T.、Gomez-Ramos M.、Holt J. D.、Moro A.、Navratil P.、Ogata K.、Phuc N. T. T.、Shimizu N.、Soma V.、Utsuno Y.、Achouri N. L.、Baba H.、Kondo Y.;他;高橋幹弥（筑波大学），大須賀健（筑波大学），高橋労太（国立高専機構苫小牧高専），小川拓未（筑波大学），梅村雅之（筑波大学）
通讯作者：
高橋幹弥（筑波大学），大須賀健（筑波大学），高橋労太（国立高専機構苫小牧高専），小川拓未（筑波大学），梅村雅之（筑波大学）

相対論的流体における光子多重散乱

相对论流体中的光子多次散射

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
米倉覚則;田辺義浩;岩田悠平;岡田望;伊藤美穂;高木奏人;永野稜大;百瀬宗武;知念翼;増井翔;山崎康正;孫赫陽;抱江柊利;小川英夫;元木業人;新沼浩太郎;藤沢健太;須藤広志;久野成夫;中川亜紀治;本間希樹;小林秀行;他大学間連携 VLBI group;高橋労太
通讯作者：
高橋労太

相対論的流体中で放射される光子の多重散乱

相对论性流体中发射的光子的多重散射