多次元輻射流体力学計算で探る浮遊する中質量ブラックホールの降着成長過程

利用多维辐射流体动力学计算探索漂浮中等质量黑洞的吸积生长过程

基本信息

批准号：
22KJ0435
负责人：
尾形絵梨花
金额：
$ 2.18万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究目的は、超大質量ブラックホール(BH)の形成過程の解明に貢献するために、中質量BHの成長率を定量的に明らかにすることである。この目的を達成するために、シミュレーションを駆使し、Bondi-Hoyle-Lyttleton半径(~数pc)内部のガスの運動をその数億分の1のスケールのBH降着円盤の構造と自己矛盾なく解く。本年度は、BH降着円盤が生み出す非等方的な輻射場を仮定したBondi-Hoyle-Lyttleton降着スケールのガスの運動を解き、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率を調査した。調査する上で、シミュレーションコードSFUMATO-M1(Matsumoto 2007, Fukushima&Yakima 2020)を改良する必要があった。具体的には、降着円盤が生成する非等方的な輻射場の形状や冪型の輻射スペクトルを実装した。さらに、降着円盤の強力な放射が星間ダストを昇華する効果も組み込んだ。星間ガスの密度(1e4-1e6/cm^3)とBHとガスの相対速度(20-100km/s)をパラメーターとしたシミュレーションを実施した結果、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率は、およそ7e-6-4e-4Msun/yrであることが分かった。この結果は、初期宇宙の銀河円盤中(比較的高密度>~1e4/cm^3、低いダスト含有量<^0.1Zsun)を浮遊する中質量BHは、質量と速度をほぼ増加させることなく銀河円盤中を浮遊し続け、一方で、超高密度な銀河円盤中(>~1e6/cm^3)を浮遊する中質量BHは、質量が1e7Msunまで増加し銀河円盤を飛び出す可能性があることを示唆する。

这项研究的目的是定量阐明中质量BH的生长速率，以促进超级质量黑洞（BH）的形成过程的贡献。为了实现这一目标，使用模拟来解决Bondi-Hoyle-Lyttleton半径（〜几个PC）内部的气体运动，而无需与BH积聚磁盘的结构以一亿分之一的规模进行自洽。今年，我们假设BH积聚磁盘产生的各向异性辐射场，解决了邦迪 - 霍伊尔 - 莱特顿积分量表上气体的运动，并研究了从邦迪 - 霍伊勒 - 莱特顿量表到积聚磁盘的气体供应率。在调查中，有必要改善模拟代码Sfumato-M1（Matsumoto 2007，福岛和Yakima 2020）。具体而言，实现了积聚盘和功率式辐射光谱产生的各向异性辐射场的形状。此外，它还结合了升华星际灰尘的积聚磁盘强大辐射的效果。在使用星际气体密度（1E4-1E6/CM^3）的参数和BH和气体的相对速度（20-100 km/s）的模拟后，发现来自Bondi-Hoyle-Hoyle-Lyttleton量表的积聚磁盘的气体供应速率大约为7E-6-6-4E-4E-4M4mun-4msun/yr。该结果表明，中等质量BH漂浮在早期宇宙的银河系磁盘（相对较高的密度> 〜1e4/cm^3，低灰尘含量<^0.1zsun）继续漂浮在银河磁盘中，而几乎增加了质量和速度，而质量为BH，而质量为中等质量，而在超高密度的质量中，则可能会增加质量的质量，而质量则增加。 1e7msun并从银河磁盘中弹出。