ライマンアルファ輝線輻射流体計算で迫る宇宙初期の超巨大ブラックホールの起源

宇宙が誕生してからたった8億年という非常に初期の宇宙に既に存在していたとされる、太陽の10億倍もの質量を持つ超巨大ブラックホールの起源は不明である。こうした超巨大ブラックホールは、種となるブラックホールが星間ガスを吸い込み急速に成長することで誕生したと考えられているが、ここで問題となっているのはガス内部で多重散乱されたライマンアルファ輝線の強力な輻射力がガスの降着を妨げてしまう可能性があることである。この影響を定量的に評価するためには、ライマンアルファ輝線の輻射輸送過程と流体過程を自己矛盾なく解くライマンアルファ輝線輻射輸送計算を行う必要がある。本年度は、ライマンアルファ光子の多重散乱や２光子放射による減衰効果を考慮して動的ガスにおける輻射輸送過程を数値的に解く空間１次元球対称のライマンアルファ輝線多波長輻射輸送計算コードの開発を行った。また、これを用いて球対称始原ガスの超臨界降着流中におけるライマンアルファ輝線の輻射力の評価を行った。その結果、このような高密度な環境下では、これまで重要視されていなかった２光子放射による減衰過程がライマンアルファ輝線の輻射力を決定付ける主な要因となっていることを見出した。また、先行研究では超臨界降着が可能とされている高密度環境においてもライマンアルファ輝線の輻射力がガスに働く重力を上回り、降着流を抑制する可能性があることを明らかにした。この結果は、種ブラックホールが急速成長できる環境条件をより詳細に捉え、超巨大ブラックホールの形成メカニズムを解明することに繋がる重要な成果であり、日本天文学会秋季年会をはじめとする国内外の会議で報告を行った。

宇宙が誕生してからたった8億年という非常に初期の宇宙に既に存在していたとされる、太陽の10億倍もの質量を持つ超巨大ブラックホールの起源は不明である。こうした超巨大ブラックホールは、種となるブラックホールが星間ガスを吸い込み急速に成長することで誕生したと考えられているが、ここで問題となっているのはガス内部で多重散乱されたライマンアルファ輝線の強力な輻射力がガスの降着を妨げてしまう可能性があることである。この影響を定量的に評価するためには、ライマンアルファ輝線の輻射輸送過程と流体過程を自己矛盾なく解くライマンアルファ輝線輻射輸送計算を行う必要がある。本年度は、ライマンアルファ光子の多重散乱や２光子放射による減衰効果を考慮して動的ガスにおける輻射輸送過程を数値的に解く空間１次元球対称のライマンアルファ輝線多波長輻射輸送計算コードの開発を行った。また、これを用いて球対称始原ガスの超臨界降着流中におけるライマンアルファ輝線の輻射力の評価を行った。その結果、このような高密度な環境下では、これまで重要視されていなかった２光子放射による減衰過程がライマンアルファ輝線の輻射力を決定付ける主な要因となっていることを見出した。また、先行研究では超臨界降着が可能とされている高密度環境においてもライマンアルファ輝線の輻射力がガスに働く重力を上回り、降着流を抑制する可能性があることを明らかにした。この結果は、種ブラックホールが急速成長できる環境条件をより詳細に捉え、超巨大ブラックホールの形成メカニズムを解明することに繋がる重要な成果であり、日本天文学会秋季年会をはじめとする国内外の会議で報告を行った。