超大規模計算と超高精度観測で解き明かすブラックホールジェットの駆動機構と多様性

ブラックホール降着円盤と、そこから噴出するジェットの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを実施した。ここでは、多様なブラックホール天体のうち、特に光度の大きな天体をターゲットとしている。ブラックホールのスピンパラメータを変えたシミュレーションを実行した結果、スピンパラメータが大きいほどエネルギー変換効率が高いという結果を得た。特に、ポインティングフラックスによるエネルギー放出が、ブラックホールスピンに強く依存することがわかった。無回転ブラックホールの場合、降着円盤は主に輻射でエネルギーを失うが、高速回転するブラックホールの場合、ポインティングフラックスによるエネルギー放出が、輻射によるエネルギー放出を超える。これはブランドフォード・ナエック機構によって、ブラックホールの回転エネルギーが磁場を介して引き抜かれているためと解釈できる。ブランドフォード・ナエック機構が、高光度降着円盤でも有効に働くことを実証したのは本研究が世界で初めてである。また、輻射場を高い精度で算出するタイプの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを実施し、近似法を導入した従来のシミュレーションと結果を比較した。その結果、円盤の回転軸付近で輻射場が大きく異なることがわかった。高精度なシミュレーションで得られた輻射場は比較的等方であるが、近似法を駆使したシミュレーションでは、円盤に垂直な方向に輻射が流れやすいことが分かった。近似を用いた従来の計算法でも、円盤や円盤風の大まかな構造を知ることはできるが、ジェットの加速など、回転軸近傍の現象を正確に解くには精度の高い新たなシミュレーションが必要であることが明らかになった。

ブラックホール降着円盤と、そこから噴出するジェットの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを実施した。ここでは、多様なブラックホール天体のうち、特に光度の大きな天体をターゲットとしている。ブラックホールのスピンパラメータを変えたシミュレーションを実行した結果、スピンパラメータが大きいほどエネルギー変換効率が高いという結果を得た。特に、ポインティングフラックスによるエネルギー放出が、ブラックホールスピンに強く依存することがわかった。無回転ブラックホールの場合、降着円盤は主に輻射でエネルギーを失うが、高速回転するブラックホールの場合、ポインティングフラックスによるエネルギー放出が、輻射によるエネルギー放出を超える。これはブランドフォード・ナエック機構によって、ブラックホールの回転エネルギーが磁場を介して引き抜かれているためと解釈できる。ブランドフォード・ナエック機構が、高光度降着円盤でも有効に働くことを実証したのは本研究が世界で初めてである。また、輻射場を高い精度で算出するタイプの一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを実施し、近似法を導入した従来のシミュレーションと結果を比較した。その結果、円盤の回転軸付近で輻射場が大きく異なることがわかった。高精度なシミュレーションで得られた輻射場は比較的等方であるが、近似法を駆使したシミュレーションでは、円盤に垂直な方向に輻射が流れやすいことが分かった。近似を用いた従来の計算法でも、円盤や円盤風の大まかな構造を知ることはできるが、ジェットの加速など、回転軸近傍の現象を正確に解くには精度の高い新たなシミュレーションが必要であることが明らかになった。