アウトフローが生み出す多様なＸ線スペクトル状態の解明と超臨界降着天体への応用

阐明流出产生的各种 X 射线光谱状态及其对超临界吸积物体的应用

• 批准号: 19J14724
• 负责人: 北木 孝明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14724/
• 关键词: ブラックホール; 超臨界降着流; アウトフロー; 超高光度X線源; 天文学; 降着円盤; 数値計算

超臨界降着状態にある超高光度X線源や狭輝線セイファート1型銀河では、スペクトルの状態遷移や軟X線超過といった特徴が観測されてきたが未解明である。本研究では、アウトフローとのコンプトン散乱がこれらの特徴と関係していると考え、アウトフローの性質を詳しく調べることで超臨界降着流の正確な全体像を築く事に成功した。先行研究では、一般相対論効果や磁場を考慮した数値計算アルゴリズムの改良を重点としてきたため、計算資源と計算時間の制限から非現実的な初期条件、境界条件が採用されてきた。しかし、アウトフローはこれらの条件に強く依存することを我々は発見した。そこで我々はより現実的な計算設定である非常に大きな初期角運動量を用いた輻射流体計算を行うことで、超臨界降着流の(1)円盤構造、(2)アウトフローの発生源、に着目して詳細を明らかにした。(1)ブラックホール近傍では降着円盤からの質量噴出率が質量降着率に対して無視できるほど小さいということを世界で初めて明らかにした。さらにその領域では、円盤の温度や回転速度といった物理量がスリム円盤のものと良い一致を示す一方で、対流効果によりガス密度と動径速度の半径依存性はスリム円盤と大きく異なることも世界で初めて明らかにした。(2)超臨界降着流では多量のアウトフローが出ると考えられてきたが、具体的にどこでアウトフローは発生し、どの程度周りの環境へ影響を与えるかは明らかにされてこなかった。本研究成果によって、アウトフローは、光子補足半径より内側で発生することが初めて明らかとなった。更に光子補足半径付近で発生したアウトフローは十分な加速を受けず、円盤に戻ってくることも明らかとなった。また、アウトフローの力学的エネルギー流束と等方的なX線光度の比が、星雲を持った超高光度X線源の実際の観測値と無矛盾であることもわかった。

在超高亮度X射线源和窄射线seyfert Seyfert 1型星系中，诸如光谱状态转变和软X射线过量的特征，这些特征在超临界积聚状态下，但尚未澄清。在这项研究中，我们认为流出的康普顿散射与这些特征有关，并且通过检查流出的特性，我们成功地构建了超临界积聚流的准确总体图片。先前的研究重点是考虑一般相对论效应和磁场的数值计算算法，因此由于计算资源和计算时间的限制而采用了不切实际的初始和边界条件。但是，我们发现流出很大程度上取决于这些条件。因此，我们使用更大的初始角动量，更现实的计算设置进行了辐射流体计算，并通过重点关注（1）超临界积聚流的光盘结构以及（2）流出源来阐明细节。 （1）与黑洞附近的质量增生率相比，世界上首次揭示了吸积盘的质量弹出率很小。此外，在这一区域中，诸如圆盘的温度和旋转速度等物理量与纤细碟片的物理量非常吻合，但是在世界上，在世界上也首次揭示了气体密度和径向速度的径向依赖性与对流碟片效应所致的纤维盘的径向差异很大。 （2）人们认为，超临界积聚流将导致大量流出，但是尚未揭示出在哪里出现流出以及它将影响周围环境的程度。这一研究发现首次揭示了流出量在光子补充半径内的流出。此外，揭示了光子补充半径附近发生的流出不会发生足够的加速并返回盘。还发现，流出机械能通量与各向同性X射线光度的比率与具有星云的超高光度X射线源的实际观察结果一致。

项目成果

The origins and impact of outflow from super-Eddington flow

• DOI: 10.1093/pasj/psab011
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Publications of the Astronomical Society of Japan
• 影响因子: 2.3
• 作者: Takaaki Kitaki;S. Mineshige;K. Ohsuga;T. Kawashima

超臨界降着の大域計算

超临界吸积的全局计算

• 发表时间: 2019
• 作者: Keita Suzuki;Okito Yamashita;北木 孝明
• 通讯作者: 北木 孝明