三次元一般相対論的電磁流体シミュレーションで迫る活動銀河核ジェットの力学進化

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昨年度の軸対称二次元相対論的電磁流体シミュレーションにより、磁気極性の反転を繰り返すジェットは、伝播中、磁気中性面で磁気散逸が生じ加速されることがわかった。しかし、ジェットの安定性には、非軸対称モードの不安定性が大きな影響を与えるため三次元性が不可欠である。そこで、本年度は、計算領域の底から境界条件として相対論的ジェットを注入しジェットの伝搬を調べる三次元シミュレーションを行った。相対論的ジェットは超音速流であるため銀河間媒質を伝搬する際、ジェットの先端領域で衝撃波が形成される。衝撃波を通過した元々ジェット成分である流体要素は、圧縮を受けるがジェット伝搬方向への行き場を失い、ジェット側面に漏れ出ることでジェットを取り囲むコクーン媒質となる。ジェットとコクーン媒質の圧力差が引き金となり、ジェットは過圧縮・過膨張を繰り返すことでジェット半径の振動が生じる。この振動にともなう非軸対称モードの流体不安定性が成長することでジェット境界は不安定となる。磁気極性が反転しないジェットモデルにおいて、トロイダル磁場の磁場強度をパラメータにし、ジェット伝搬中におけるジェット境界の安定性を調べた。その結果、ジェットの磁気圧がガス圧よりも大きくなると振動にともなう非軸対称モードの流体不安定性の成長を抑えることがわかった。その一方で、トロイダル磁場が強くなるにつれてKink不安定性の成長が確認され、直進的なジェット構造が進行方向に対して曲げられることがわかった。