一般相対論的な輻射・偏光輸送計算で探る降着ブラックホール・中性子星の質量とスピン

使用广义相对论辐射和偏振传输计算探索吸积黑洞和中子星的质量和自旋

基本信息

批准号：
18K13594
负责人：
川島朋尚
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo (2020-2022)National Astronomical Observatory of Japan (2018-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

代表者が開発している一般相対論的多波長輻射輸送コードRAIKOUをさらに発展させ、世界で初めてX線のブラックホールシャドウを計算可能にした。そしてコード論文を執筆し、Astrophysical Journalに受理された(Kawashima et al. 2023)。また、RAIKOUコードを用いて、銀河中心Sgr A*のブラックホールシャドウや多波長スペクトルを計算し、イベント・ホライズン・テレスコープによるSgr A*のシャドウ初観測論文の理論解釈に貢献した(EHT Collaboration 2022)。上記の例は、非常に降着率が低い場合の降着円盤でなおかつ超大質量ブラックホール(太陽質量の100万倍を超えるような質量のブラックホール)に適用した実績である。RAIKOUコードを降着率が高くコンプトン散乱が支配的になる場合の計算にも適用し、恒星質量ブラックホール周囲の極めて広範囲な領域に広がった降着流モデルのX線スペクトル計算も実施し、新たな知見が得られた。また、ブラックホール降着円盤やコロナから放出されるX線偏光を計算すべく、RAIKOUコードの拡張を行なった。具体的にはWalker-Penrose定数と呼ばれる座標不変量を用いて曲がった時空中における偏光ベクトル基底およびストークス・パラメータ(I,Q,U,V)の輸送計算モジュールを作成・実装した。Chandrasekahrによる平行平板からの偏光を含む放射や反射の解析解を用いた標準円盤からのX線偏光マップおよび偏光を含むスペクトルについてのテスト計算を実施し、先行研究(Schnittman & Krolik 2009, 2013)の結果を再現することに成功した。

通过进一步发展代表人开发的广义相对论多波长辐射传输代码RAIKOU，我们在世界上首次能够计算X射线黑洞阴影。然后，我写了一篇代码论文，被 Astrophysical Journal 接收（Kawashima et al. 2023）。此外，利用RAIKOU代码，我们计算了银心人马座A*的黑洞阴影和多波长谱，为论文首次利用Event观测人马座A*阴影做出了理论解释地平线望远镜（EHT 合作 2022）。上面的例子应用于吸积率极低的吸积盘和超大质量黑洞（质量超过太阳质量100万倍的黑洞）。我们还将 RAIKOU 代码应用于吸积率较高且康普顿散射占主导地位时的计算，并对在恒星质量黑洞周围极广区域内扩散的吸积流模型进行了 X 射线谱计算，从而得出了新的吸积流模型。得出了结论。我们还扩展了 RAIKOU 代码来计算从黑洞吸积盘和日冕发射的 X 射线偏振。具体来说，我们创建并实现了一个模块，用于使用称为沃克-彭罗斯常数的坐标不变量来计算弯曲过程中空气中偏振矢量基和斯托克斯参数（I、Q、U、V）的传输。利用Chandrasekahr的包括平行板偏振的辐射和反射解析解，我们对包括标准圆盘偏振的X射线偏振图和光谱进行了测试计算，并在先前的研究的基础上进行了改进（Schnittman & Krolik 2009，2013）。重现结果。