Cosmic-ray acceleration and neutrino emission in black-hole accretion flows

黑洞吸积流中的宇宙射线加速和中微子发射

基本信息

批准号：
22K14028
负责人：
木村成生
金额：
$ 3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年の電磁波観測から、電波で明るい活動銀河核ではブラックホール周囲の磁場が強い強磁場降着流が実現すると考えられている。しかし、強磁場の降着流で生じる非熱的現象についてはあまり調べられていない。また、ブラックホール近傍での非熱的現象は宇宙物理学の長年の問題である電波ジェットへの質量注入機構とも深く関連している。そこで今年度は強磁場降着流におけるガンマ線放射過程に関する研究を進めた。まず、我々は強磁場降着流で磁気リコネクションにより加速された陽子がガンマ線放射を担うモデルを構築し、多数のガンマ線で検出されている電波銀河に適用した。その結果、質量降着率が小さい天体では強磁場降着流モデルでガンマ線のデータを説明できるが、質量降着率が大きな天体では強磁場降着流からの放射ではガンマ線データを説明できないことが明らかになった。また、近年の数値シミュレーションから、強磁場降着流周辺ではブラックホールのごく近傍で磁気リコネクション過程が生じることが明らかとなってきた。我々はこの時におけるガンマ線放射を定式化し、磁気リコネクションが電波ジェットへの質量注入機構となることを示した。このシナリオでは電波観測から予期されるプラズマの量を自然に説明できる初めてのシナリオとなっている。このシナリオは将来のX線観測を用いて検証できることも提案した。また、電波で暗い活動銀河核の降着流における宇宙線加速過程に関する数値シミュレーションを行なっており、高解像度の磁気流体シミュレーションを完了した。今後、乱流データの解析とテスト粒子シミュレーションを行ない、降着流での宇宙線の振る舞いを見ていく予定である。

最近的电磁观测表明，在无线电波中明亮的活动星系核可以经历强磁吸积流，其中黑洞周围的磁场很强。然而，强磁场吸积流中发生的非热现象尚未得到充分研究。此外，黑洞附近的非热现象与射电喷流的质量注入机制密切相关，这一直是天体物理学中长期存在的问题。因此，今年我们对强磁场吸积流中的伽马射线发射过程进行了研究。首先，我们构建了一个模型，其中在强磁场吸积流中通过磁重联加速的质子负责伽马射线发射，并将其应用于已检测到大量伽马射线的射电星系。结果表明，对于质量吸积率较小的天体，高场吸积流模型可以解释伽马射线数据，但对于质量吸积率较大的天体，强场吸积流辐射无法解释伽马射线数据。伽马射线数据。此外，最近的数值模拟表明，磁重联过程发生在强磁场吸积流周围的黑洞附近。我们制定了此时的伽马射线发射，并表明磁重联是将质量注入射电射流的机制。这种情况是第一个自然地解释射电观测中预期的等离子体量的情况。我们还提出可以使用未来的 X 射线观测来验证这种情况。我们还利用无线电波对暗活动星系核吸积流中的宇宙线加速过程进行数值模拟，并完成了高分辨率的磁流体动力学模拟。未来，我们计划分析湍流数据并进行测试粒子模拟，以检查吸积流中宇宙射线的行为。