輻射輸送と流体の同時計算によるブラックホールスピンの新たな測定法

同时计算辐射输运和流体测量黑洞自旋的新方法

• 批准号: 22KJ0382
• 负责人: 高橋 幹弥
• 金额: $ 1.09万
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0382/
• 关键词: ブラックホール; 一般相対性理論; 輻射輸送; 降着円盤; 数値計算

新しい一般相対論的輻射輸送コード：CARTOONを開発した。このコードは光線追跡法に基づいて、ブラックホール時空における輻射場の時間発展を近似解法を用いることなく直接解くコードである。先行研究では達成できていなかった、一般相対論的輻射輸送方程式を単に差分化するだけでは達成できない光子数の保存と等方弾性散乱前後での輻射エネルギーの保存を保証する初めてのアルゴリズムを考案、実装したことが本研究の特長である。また、ブラックホール近傍での輻射場の時間発展と無矛盾な観測量の時間変動まで計算可能な点も特長である。さらに、一般相対論的輻射輸送コード：CARTOONを用いて、部分的に光学的に厚く、時間変動を考慮した簡易的なブラックホール降着流を想定し、ブラックホールスピンを推定することを目的として観測量の時間変動計算を実施した。その結果、先行研究で示されていた観測イメージの特徴的な構造が時間変動することを発見した。また、観測イメージの一部が遅延して観測者に到達し、その遅延時間がブラックホールスピンに依存することを発見した。この結果は、新たに降着流の時間変動まで考慮し、世界的に見ても例が少ない降着流の時間変動と無矛盾に観測量の時間変動を計算することで初めて得られた結果であり、より強固なブラックホールスピンの推定方法を提案するものである。当該年度では、2022年12月に一般相対論的輻射輸送コード：CARTOONの開発に関する査読論文がMNRAS誌に受理された。CARTOONを用いた光学的に厚い降着流を想定した観測量の時間変動計算に関しても、近日中に論文を執筆する予定である。また、当該年度では計6件（うち国際研究会2件、国内研究会4件）の研究会発表を行った。

我们已经开发了一种新的一般相对论辐射传输代码：卡通。该代码是一个代码，该代码直接求解黑洞时空中辐射场的时间演变，而无需基于射线跟踪方法使用近似解决方案。这项研究的特征是设计和实施了第一种算法，该算法保证了光子数量的保护以及在各向同性弹性散射之前和之后的辐射能的保护，这是无法通过简单地区分一般的相对性辐射传输方程来实现的，而仅通过简单地区分它来实现。另一个特征是，可以计算黑洞附近辐射场的时间演变以及一致的观测时间变化。此外，使用一般的相对论辐射传输代码：卡通，进行观察量的时间变化计算，目的是估算黑洞旋转，假设一个简单的黑洞积聚流动流动，该流量是部分光学厚度，并考虑了时间变化。结果，我们发现先前研究中所示的观察到的图像的特征结构有所不同。还发现，某些观察到的图像被延迟并到达观察者，并且延迟时间取决于黑洞旋转。仅通过考虑积聚流的时间变化并与观测值的时间变化与吸积流的时间变化不一致地计算出来的时间变化，从而获得了这一结果，即使在世界范围内也很少见，并提出了一种更强大的黑洞旋转估计方法。在那一年，一份关于一般相对论辐射传输代码开发的同行评审论文：2022年12月，MNRA被MNRA接受。我们还计划撰写一篇论文，以简短地计算使用卡通的观测时间变化，该论文假设光学较厚的积分流量。此外，在财政年度举行了六次研究会议（其中两个国际研究小组和四个国内研究小组）。

项目成果

Time variation of the crescent shaped shadow and the measurement of the black hole spin in M87

M87中新月形阴影的时间变化与黑洞自旋的测量

• 发表时间: 2023
• 作者: Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta;Mikiya Takahashi
• 通讯作者: Mikiya Takahashi

Development of Novel General Relativistic Radiative Transfer Code; CARTOON

新型广义相对论辐射传输码的开发；

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta;Mikiya Takahashi;高橋幹弥;高橋幹弥;Mikiya Takahashi
• 通讯作者: Mikiya Takahashi

3D photon conserving code for time-dependent general relativistic radiative transfer: CARTOON

用于依赖时间的广义相对论辐射传输的 3D 光子守恒代码：CARTOON

• DOI: 10.1093/mnras/stac2822
• 发表时间: 2022
• 期刊: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
• 影响因子: 4.8
• 作者: Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta
• 通讯作者: Asahina Yuta

M87における三日月状シャドウの時間変動とブラックホールスピンの測定

M87 月牙影和黑洞自旋随时间变化的测量

• 发表时间: 2023
• 作者: Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta;Mikiya Takahashi;高橋幹弥
• 通讯作者: 高橋幹弥

光子数保存を保証する空間3次元一般相対論的輻射輸送コードの開発

开发保证光子数守恒的空间三维广义相对论辐射输运码

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahashi Mikiya M;Ohsuga Ken;Takahashi Rohta;Ogawa Takumi;Umemura Masayuki;Asahina Yuta;Mikiya Takahashi;高橋幹弥;高橋幹弥;Mikiya Takahashi;高橋幹弥
• 通讯作者: 高橋幹弥