「ブラックホール・エンジン」によるガンマ線バーストジェット発生機構

“黑洞引擎”伽马射线爆发喷流产生机制

• 批准号: 17030006
• 负责人: 高橋 真聡
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Aichi University of Education
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17030006/
• 关键词: ブラックホール; 一般相対論的磁気流体力学; ガンマ線バースト; 活動銀河中心核; MHDショック; 宇宙ジェット; 磁気圏; 降着円盤

ガンマ線バースト現象における「セントラル・エンジン」についての研究を進めた。このバースト現象のエネルギー発生機構およびエネルギー輸送機構に関しては、ブラックホールとその周辺環境(プラズマや磁場が存在する)が重要な役割を果たしており、活動性のエンジンとして振る舞っていると考えられている。コンパクトな領域にも関わらず膨大なエネルギーを発生させている事や、相対論的な速度にまで加速されたプラズマジェットの形成の謎を解明するためには、降着円盤・コロナ・磁気圏としての、プラズマ分布や磁場分布、およびそれらの構造のダイナミクスについての理解を深める必要がある。本年度は、昨年度に引続き、ブラックホール磁気圏における降着プラズマ流に着目し、ブラックホールでの境界条件を考慮しつつ、衝撃波面の形成について調べた。衝撃波面が形成される事で、高温プラズマ領域が形成され、膨大なエネルギーが輻射に転換可能であることを示した。そのような衝撃波面は、プラズマの源である降着円盤がケプラー速度程度で回転している場合には発生せず、何らかの不安定性などの結果として円盤が高速回転しているとした状況下において発現する結果が得られた。円盤の回転が高速であるほど(磁気圏の角速度も高速となる)、衝撃波面の形成位置はブラックホールの高緯度地帯となり、発生する衝撃波の強度も増大する。このとき、発生する高温プラズマ領域においてはガス圧・輻射圧が増大し、物質密度の少ないブラックホールの回転軸方向へプラズマを押し出す可能性がある(中・低緯度領域からは降着円盤からの降着流が存在し、壁となるため押し出す事は出来ない)。このことは、ジェットの起源を強く示唆するものとして興味深い。回転ガス円盤(磁気圏)が高速回転している状況は、星の重力崩壊時あるいは連星系の合体時にはごく自然なできごとであろう。今回の研究成果から期待されるシナリオとしては、ガンマ線バーストのエンジン形成(ブラックホール形成)の過程において降着流により衝撃波が形成され、衝撃波により回転軸方向へジェットが放出されるのだとする自然なプロセスが提唱されよう。これらを検証するためには数値シミュレーションによるダイナミカルな手法の研究が不可欠であるが、今後の課題である。

ガ ン マ line バ ー ス ト phenomenon に お け る "セ ン ト ラ ル · エ ン ジ ン" に つ い て を の research into め た. こ の バ ー ス ト phenomenon の エ ネ ル ギ ー 発 raw institutions お よ び エ ネ ル ギ ー transportation agency に masato し て は, ブ ラ ッ ク ホ ー ル と そ の weeks 辺 environment (プ ラ ズ マ が や magnetic field exists す る) が important な "を cut fruit た し て お り, active の エ ン ジ ン と し て vibration る dance っ て い る と exam え ら れ て い る. コ ン パ ク ト な field に も masato わ ら ず swelled な エ ネ ル ギ ー を 発 raw さ せ て い る や, phase theory of seaborne な speed に ま で accelerate さ れ た プ ラ ズ マ ジ ェ ッ ト の の of mystery を interpret す る た め に は, drop the has drifted back towards ¥ disk コ ロ ナ, magnetic 気 sha-lu と し て の, プ ラ ズ マ や magnetic field distribution, お よ び そ れ ら の tectonic の ダ イ ナ ミ ク ス に つ い て It is necessary to がある to understand を deeply める. This year's annual に は, yesterday led 続 き, ブ ラ ッ ク ホ ー ル magnetic 気 sha-lu に お け る drop the プ ラ ズ マ flow に mesh し, ブ ラ ッ ク ホ ー ル で を の boundary conditions considered し つ つ, strong shock wave の form に つ い て adjustable べ た. Blunt shock wave が form さ れ で る, high-temperature プ ラ ズ マ field が formed さ れ, expands な エ ネ ル ギ ー が radiation に planning in May で あ る こ と を shown し た. そ の よ う な blunt shock wave は, プ ラ ズ マ の source で あ る drop the has drifted back towards ¥ disk が ケ プ ラ ー speed degree で back planning し て い る occasions に は 発 raw せ ず, ら か の labile な ど の results と し て has drifted back towards ¥ disk が high-speed planning し て い る と し た condition に お い て 発 now す る results ら が れ た. Has drifted back towards ¥ disk の back planning が high-speed で あ る ほ ど (magnetic 気 sha-lu の angular velocity も high-speed と な る), strong shock wave の formation location は ブ ラ ッ ク ホ ー ル の high-latitude land 帯 と な り, 発 す の る blunt shock wave intensity も raised large す る. こ の と き, 発 す る high-temperature プ ラ ズ マ field に お い て は ガ ス 圧, radiation 圧 が raised large し, less material density の な い ブ ラ ッ ク ホ ー ル の back planning axis へ プ ラ ズ マ を detain し possibility out す が あ る (in low latitude area か ら は drop the has drifted back towards ¥ disk か ら の down the stream が し, wall と な る た め す happened to detain し は out な い). The origin of を を strong く hints する する と て て is deeply interesting て. Back to the planning ガ ス has drifted back towards ¥ plate (magnetic 気 sha-lu) が high-speed planning し て い る は, star の gravity collapse when 壊 あ る い は even when galaxies の fit に は ご く natural な で き ご と で あ ろ う. Today back の research か ら expect さ れ る シ ナ リ オ と し て は, ガ ン マ line バ ー ス ト の エ ン ジ ン formation (ブ ラ ッ ク ホ ー ル formation) の process に お い て down the stream に よ が り blunt shock wave form さ れ, strong shock wave に よ り back planning axis へ ジ ェ ッ ト が release さ れ る の だ と す る natural な プ ロ セ ス が mention sing さ れ よ う. こ れ ら を 検 card す る た め に は the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る ダ イ ナ ミ カ ル な gimmick の research が not owe で あ る が, future の subject で あ る.

项目成果

Generation of Shocked Hot Plasma Region in Black Hole Magnetosphere

黑洞磁层中激电热等离子体区的产生

• 发表时间: 2006
• 期刊: Astrophysical journal astro-ph/0602568 (投稿中)
• 作者: Awaki;H;et al.;R.Enomoto;R.Enomoto;Keigo Fukumura;Masaaki Takahashi;Rhota Takahashi;Masaaki Takahashi;Masaaki Takahashi;Keigo Fukumura
• 通讯作者: Keigo Fukumura

Standing Shocks in Transmagnetosonic Accretion Flows onto a Black Hole

• DOI: 10.1086/500107
• 发表时间: 2005-11
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: M. Takahashi;Junya Goto;K. Fukumura;D. Rilett;S. Tsuruta

Magnetohydrodynamic Shocks in Nonequatorial Plasma Flow around a Black Hole

黑洞周围非赤道等离子体流中的磁流体动力冲击

• 发表时间: 2007
• 期刊: Astrophysical Journal 657
• 作者: Awaki;H;et al.;R.Enomoto;R.Enomoto;Keigo Fukumura
• 通讯作者: Keigo Fukumura

"Black Hole Aurora" in a Black Hole Magnetosphere

黑洞磁层中的“黑洞极光”

• 发表时间: 2007
• 期刊: The sixteenth Workshop on General Relativity and Gravitation (未定)
• 作者: Awaki;H;et al.;R.Enomoto;R.Enomoto;Keigo Fukumura;Masaaki Takahashi
• 通讯作者: Masaaki Takahashi

Radiative Magnetohydrodynamic Shocks around Black Holes

黑洞周围的辐射磁流体动力冲击

• 发表时间: 2007
• 期刊: Physical Review D (投稿中)(未定)
• 作者: Awaki;H;et al.;R.Enomoto;R.Enomoto;Keigo Fukumura;Masaaki Takahashi;Rhota Takahashi
• 通讯作者: Rhota Takahashi