超臨界降着流・噴出流の輻射輸送および輻射磁気流体シミュレーション

超临界吸积和射流的辐射输运和辐射磁流体动力学模拟

基本信息

批准号：
10J04587
负责人：
川島朋尚
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

ブラックホールは自ら光を放出しない天体である。ブラックホールの質量やスピンを推定するためには、ブラックホール周りに形成される回転プラズマ(降着円盤)からの輻射を観測し、詳細な理論モデルと比較する事が必要不可欠である。しかし超臨界降着流と呼ばれるエディントン光度(球対称降着の場合の限界光度であり中心天体の質量に比例)を超える非常に明るい降着円盤の詳細な理論スペクトルは明らかになっていない。そこでブラックホール超臨界降着流の2次元輻射流体シミュレーションをすることで得られた物理量を用いてモンテカルロ法に基づく輻射スペクトル計算を実施した。その結果、ブラックホール近傍に形成される衝撃波加熱領域での逆コンプトン散乱により10keV以上まで延びる硬い冪スペクトルが形成され、また特に降着流が高いときは降着流から噴出する低温アウトフローでのコンプトン散乱により5keV付近でスペクトルに折れ曲がりが形成されることがわかった。これまで超高光度X線源では他のブラックホール候補天体では観測されない5keV付近の折れ曲がりが観測されてきた。この新しいスペクトル状態の起源は謎であったが、本研究によりブラックホール超臨界降着流・噴出流でのコンプトン散乱により新しいスペクトル状態が現れることを初めて理論的に示すことに成功した。この成果をまとめた論文はアメリカの天文学誌Astrophysical Journalに掲載が決定した(Kawashima et al. 2012)。また、カリフォルニア大学サンタバーバラ校に滞在しOmer Blaes教授との共同研究でブラックホール超臨界降着流の偏光スペクトル計算に着手した。滞在中に彼らの先行論文の、ある問題点に気づき指摘を行った。またその他に流体が高速で運動しているときの偏光状態の変化に関する計算をモンテカルロ・コードに実装する方法について議論を行い、現在コードに実装中である。さらに輻射磁気流体コードにコンプトン冷却・加熱の計算モジュールを実装し、予備的な計算を実施した。

黑洞是一种自身不发光的天体。为了估计黑洞的质量和自旋，必须观察黑洞周围形成的旋转等离子体（吸积盘）的辐射，并将其与详细的理论模型进行比较。然而，超过爱丁顿光度（球对称吸积情况下的极限光度，与中心物体的质量成正比）的极亮吸积盘（称为超临界吸积流）的详细理论光谱尚未阐明。因此，我们利用黑洞超临界吸积流二维辐射流体模拟得到的物理量，进行了基于蒙特卡罗方法的辐射谱计算。结果，由于黑洞附近形成的冲击波加热区域中的逆康普顿散射以及吸积流喷出的低温流出物中的康普顿散射，形成了延伸至10keV以上的硬功率谱，特别是当发现吸积流在5keV附近形成了光谱弯曲。到目前为止，超高光度X射线源已经观察到了5 keV左右的弯曲，这是在其他黑洞候选天体中未观察到的。尽管这种新光谱态的起源一直是个谜，但这项研究首次成功地从理论上证明了新光谱态的出现是由于黑洞超临界吸积流/流出中的康普顿散射而出现的。一篇总结这些结果的论文已被美国天文学杂志《天体物理学杂志》接受发表（Kawashima et al. 2012）。他还留在加州大学圣塔芭芭拉分校，与奥马尔·布莱斯教授合作开始计算黑洞超临界吸积流的偏振谱。在我逗留期间，我注意到他们以前的论文中存在的一些问题并指出了它们。此外，我们还讨论了如何将流体高速移动时偏振态变化的计算实现到蒙特卡罗代码中，目前正在将其实现到代码中。此外，我们在辐射磁流体动力学代码中实现了康普顿冷却/加热计算模块并进行了初步计算。