高精度3次元数値計算による、銀河中心の非一様・多相星間ガス構造と活動性の解明

使用高精度 3D 数值计算阐明星系中心不均匀多相星际气体的结构和活动

• 批准号: 12740128
• 负责人: 和田 桂一
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740128/
• 关键词: 数値シミュレーション; 銀河; 星形成; 超新星; 銀河中心; 流体力学; 星間ガス

活動的銀河中心核(AGN)や銀河中心領域の爆発的星生成は、銀河形成や銀河の進化にとって、非常に重要なプロセスであるが、その発生の原因、進化過程については観測的にも、理論的にも多くの未解決の問題があった。本研究では、銀河中心領域での星形成とガスダイナミクスと、AGNとの関連について注目した。これまで、AGNのモデルとして「ダストトーラスモデル」が広く受け入れていたが、このトーラスの正体、すわわちその構造、サイズ、成因と構造の維持メカニズムは全く分かっていなかった。われわれは、高精度の3次元流体シミュレーションにより、銀河中心近傍の巨大ブラックホール(太陽質量の100万〜1億倍)近傍100パーセク以内の星間ガス構造の大局的シミュレーションを行った。超新星爆発からのエネルギーフィードバックを考慮し、基礎方程式(質量、運動量、エネルギー保存式、ポアソン方程式)を、256×256×128格子点を用いて解いた。エネルギー保存式では、星間ガスの現実的な冷却関数を用いて、低温ガスから高温ガスまで正しく扱った。その結果、銀河中心の巨大ブラックホールのまわりに両面がくぼんだ凹レンズ状のガス構造が準定常的に形成されること、その非一様な複雑な内部構造(高密度のガス塊やフィラメント、低密度のホールから成る)、そして爆発的星形成からのエネルギーフィードバックにより、銀河中心ブラックホールへの質量降着率が数倍大きくなることを明らかにした。また、このようなガス構造が形成されるため、ブラックホールとそのごく近傍の熱い降着円盤からなる、AGN本体に対する遮蔽効果は、視線方向と円盤との角度によることを定量的に明らかにした。この結果から、爆発的星形成を伴った、2型Seyfertの観測で示唆されるの水素原子の柱密度を再現するためには、視線方向が、円盤の極方向から60±10度以上であればいいこと、ただし、視線方向に対して柱密度に2桁にもなる大きな分散がある、ということを始めて明らかにした。

活动星系核（AGN）和星系中心区域的爆炸恒星形成是星系形成和星系演化的一个极其重要的过程，但其发生的原因和演化过程在理论上尚不清楚，还有许多未解决的问题。在这项研究中，我们重点关注银河系中心区域和活动星系核中恒星形成与气体动力学之间的关系。迄今为止，“尘埃环面模型”已被广泛接受为活动星系核的模型，但该环面的真实性质、其结构、大小、起源和结构维持机制却完全未知。我们利用高精度三维流体模拟，对银心附近的超大质量黑洞（太阳质量的 100 万到 1 亿倍）100 秒差距内的星际气体结构进行了全局模拟。考虑超新星爆炸的能量反馈，使用256 x 256 x 128个网格点求解基本方程（质量、动量、能量守恒方程、泊松方程）。能量守恒方程使用真实的星际气体冷却函数，正确处理低温和高温气体。结果，在星系中心的超大质量黑洞周围准静止地形成了两侧为凹面的凹透镜状气体结构，其内部结构不均匀且复杂（致密气体团块、细丝、 （由致密的空洞组成），爆炸性恒星形成的能量反馈使银河系中心黑洞的质量吸积率增加了数倍。我们还定量地阐明，由于这种气体结构的形成，对由黑洞和紧邻的热吸积盘组成的活动星系核体的屏蔽作用取决于观察方向与吸积盘之间的角度。 。从这个结果来看，为了再现伴随着爆炸性恒星形成的2型塞弗特观测所建议的氢原子柱状密度，视线必须与盘的极方向至少成60±10度。好事；然而，首次发现在视线方向上柱密度存在高达两个数量级的巨大离散。

项目成果

K.Wada, C.A.Norman: "Obscuring Material around Seyfert Nuclei with Starbursts"The Astrophysical Journal. 566. L21-L24 (2002)

K.Wada、C.A.Norman：“用星暴遮蔽赛弗特核周围的物质”《天体物理学杂志》。

K.Wada: "Numerical Models of the Multi-phase ISM with Stellar Energy Feedback on a Galactic Scale"The Astrophysical Journal. 546. 172-186 (2001)

K.Wada：“银河尺度上具有恒星能量反馈的多相ISM数值模型”天体物理学杂志。

K.Wada, J.Koda: "Multi-Phase Gas Dynamics in a Weak Barred Potential"Publications of Astronomical Society of Japan. 53. 1163-1170 (2001)

K.Wada，J.Koda：“弱禁止势中的多相气体动力学”日本天文学会出版物。

K.Wada: "The Three-dimensional Structure of a Massive Gas Disk in the Galactic Central Region"The Astrophysical Journal. 559. L41-L44 (2001)

K.Wada：“银河系中心区域巨大气盘的三维结构”《天体物理学杂志》。