ブラックホール降着流の大局的3次元磁気流体数値実験

黑洞吸积流全局三维磁流体动力学实验

基本信息

批准号：
15037202
负责人：
松元亮治
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

ブラックホール降着流の時間発展を大局的3次元磁気流体(MHD)数値実験によって調べた。最大の成果はブラックホール候補天体への質量降着率の増大(アウトバースト)に伴う状態遷移過程を輻射冷却を含めた3次元MHDシミュレーションによって明らかにしたことである。質量供給源となる回転トーラスから降着円盤が形成される過程をシミュレートした結果、円盤密度が低く輻射が無視できる場合の高温降着流は粘性パラメータαの値がブラックホール近傍で0.1、遠方で0.01程度に変化する場合の移流優勢降着流(ADAF)の1次元遷音速定常解とよく一致することがわかった(Machida et al.2004)。降着率が増加して円盤密度が増えると輻射冷却が加熱項より大きくなり、円盤温度が低下してガス圧が減少する。この過程をシミュレートした結果、円盤は磁束をあまり失うことなく収縮するため円盤内部の磁束密度が増加し、磁気圧優勢になった。このように磁気圧で支えられた円盤は温度がさらに低下しても鉛直方向にはそれ以上収縮せず、光学的に薄い状態に保たれた。以上の過程により、ブラックホール候補GX339-4等のアウトバースト時に観測されるlow/hard状態からhard intermediate状態への遷移を説明することができた(Machida, Nakamura and Matsumoto 2005 ApJL投稿中)。降着円盤からのジェットの形成機構に関して、円盤を貫くポロイダルな磁気ループが円盤または中心天体の回転によって捻られ、膨張して磁気タワーを形成する過程をMHDシミュレーションによって明らかにした(Kato et al. 2004)。また、磁場が強い場合に、これらの磁気ループが相対論的速度で膨張することを相対論的force free方程式を解いて明らかにした(Asano et al. 2005 PASJ印刷中)。さらに相対論的MHDコードの数値的安定性とベクトル・並列効率を高める研究を進め、ローレンツ因子が10以上の問題への適用を可能にした。

通过广泛的3D磁场（MHD）数值实验研究了黑洞积聚流的时间演变。最大的结果是通过3D MHD模拟（包括辐射冷却）在黑洞候选物体上增加质量积聚率（爆发）的状态过渡过程。由于模拟了与旋转圆环形成积聚盘的过程，这是质量供应源，因此发现，当磁盘密度较低时高温积分流量很低，辐射良好，并且可以很好地一致，这与一维的转换式稳定的稳定解决方案可忽略不计。距离为0.01（Machida等，2004）。随着累积速率的增加和磁盘密度的增加，辐射冷却变得大于加热术语，并且磁盘温度降低，气体压力降低。由于模拟此过程，磁盘收缩而不会失去太多磁通量，并且磁盘内的磁通量密度增加，从而导致主要的磁压。即使温度进一步降低，也不会以这种方式支撑的磁力支撑的磁盘在垂直方向上进一步缩小，并且保持光学薄。通过上述过程，可以解释从低/硬状态到黑洞候选GX339-4等期间观察到的硬状态的过渡（张贴在APJL，Machida，Machida，Nakamura和Matsumoto 2005）中。关于来自积聚盘的喷射形成机理，MHD模拟揭示了通过磁盘或中央天体旋转扭曲和扩展的多磁环通过磁盘形成磁性塔的过程（Kato等，2004）。此外，我们已经解决了无相对论力方程式，以揭示当磁场强时，这些磁路以相对论速度扩展（Asano等，2005 PASJ打印）。此外，已经进行了研究，以提高相对论MHD代码的数值稳定性和矢量并行效率，而Lorentz因子使将其应用于10个以上的问题成为可能。