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。

开发了一种新的广义相对论辐射输运代码：CARTOON。该代码基于射线追踪方法，直接求解黑洞时空中辐射场的时间演化，而不使用近似解。我们设计了第一个保证各向同性弹性散射前后光子数量守恒和辐射能量守恒的算法，这在以往的研究中无法通过简单地微分广义相对论辐射输运方程来实现，这是本研究的特点。是它已经实施了。另一个特点是可以计算黑洞附近辐射场的时间演化以及与其一致的可观测量的时间涨落。此外，使用广义相对论辐射传输代码：CARTOON，我们假设了一个简单的部分光学厚的黑洞吸积流并考虑了时间波动，并对其进行了观测，目的是估计黑洞自旋的时间变化计算。该金额已执行。结果，他们发现先前研究中显示的观察到的图像的特征结构随着时间的推移而变化。他们还发现，部分观测到的图像到达观察者时有延迟，而延迟时间取决于黑洞自旋。该结果是首次考虑吸积流的时间变化，并以与吸积流的时间变化一致的方式计算观测量的时间变化，这在国际上是罕见的。本文提出了一种更稳健的方法来估计黑洞自旋。 2022年12月，一篇关于广义相对论辐射输运代码开发的同行评审论文：CARTOON被MNRAS期刊接收。我还计划很快写一篇关于使用 CARTOON 假设光学厚吸积流来计算可观测值时间变化的论文。此外，本财年共发表6项研究报告（其中国际研究报告2项，国内研究报告4项）。

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: Mikiya Takahashi

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: 高橋幹弥

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: Mikiya Takahashi

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: 高橋幹弥

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
• 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