輻射圧優勢なブラックホール降着円盤の3次元磁気流体数値実験

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ブラックホール降着円盤における状態遷移過程の理論シミュレーション研究を行った。輻射冷却を含めた大局的な3次元磁気流体シミュレーションの結果、ハードなスペクトル状態にある円盤光度がエディントン光度の1%を越えると輻射冷却によって円盤が鉛直方向に収縮し、方位角磁場の磁気圧で支えられた準定常状態に遷移することが明らかになった。シミュレーション結果は、マクスウェルストレスがガス圧と磁気圧の和に比例すること、加熱率がマクスウェルストレスに比例することを示唆している。これらを仮定して定常解を求めた結果、磁気圧で支えられ、エディントン光度の10%以上の光度に至る明るい降着円盤の解が存在することが確かめられた。この解を用いて、ブラックホール候補天体のハードステートからソフトステートへの遷移時に観測される円盤温度の低下、硬X線領域のスペクトルの傾きの増加などを説明することができた。輻射圧を含めたモデル計算の結果、方位角方向の磁束が急激に失われることがない場合には光学的に薄い移流優勢円盤と光学的に厚いスリム円盤をなめらかに結ぶ熱平衡解が存在することが明らかになった。この遷移過程を扱うためのシミュレーションコードの開発を進めた。上記遷移の過程で形成される、やや温度が低下した円盤の時間発展を大局的3次元磁気流体シミュレーションによって調べた。その結果、10シュバルツシルト半径より内側にトーラスが形成されること、トーラス中で磁気エネルギーの増幅と散逸が準周期的に反復する鋸歯状振動が励起されることが示された。この振動に伴って低振動数(銀河系内ブラックホール候補で数Hz程度)の準周期振動(QPO)と高振動数(100Hz程度)のQPOが励起されることもわかった。