多次元輻射流体力学計算で探る浮遊する中質量ブラックホールの降着成長過程

本研究目的は、超大質量ブラックホール(BH)の形成過程の解明に貢献するために、中質量BHの成長率を定量的に明らかにすることである。この目的を達成するために、シミュレーションを駆使し、Bondi-Hoyle-Lyttleton半径(~数pc)内部のガスの運動をその数億分の1のスケールのBH降着円盤の構造と自己矛盾なく解く。本年度は、BH降着円盤が生み出す非等方的な輻射場を仮定したBondi-Hoyle-Lyttleton降着スケールのガスの運動を解き、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率を調査した。調査する上で、シミュレーションコードSFUMATO-M1(Matsumoto 2007, Fukushima&Yakima 2020)を改良する必要があった。具体的には、降着円盤が生成する非等方的な輻射場の形状や冪型の輻射スペクトルを実装した。さらに、降着円盤の強力な放射が星間ダストを昇華する効果も組み込んだ。星間ガスの密度(1e4-1e6/cm^3)とBHとガスの相対速度(20-100km/s)をパラメーターとしたシミュレーションを実施した結果、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率は、およそ7e-6-4e-4Msun/yrであることが分かった。この結果は、初期宇宙の銀河円盤中(比較的高密度>~1e4/cm^3、低いダスト含有量<^0.1Zsun)を浮遊する中質量BHは、質量と速度をほぼ増加させることなく銀河円盤中を浮遊し続け、一方で、超高密度な銀河円盤中(>~1e6/cm^3)を浮遊する中質量BHは、質量が1e7Msunまで増加し銀河円盤を飛び出す可能性があることを示唆する。

本研究目的は、超大質量ブラックホール(BH)の形成過程の解明に貢献するために、中質量BHの成長率を定量的に明らかにすることである。この目的を達成するために、シミュレーションを駆使し、Bondi-Hoyle-Lyttleton半径(~数pc)内部のガスの運動をその数億分の1のスケールのBH降着円盤の構造と自己矛盾なく解く。本年度は、BH降着円盤が生み出す非等方的な輻射場を仮定したBondi-Hoyle-Lyttleton降着スケールのガスの運動を解き、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率を調査した。調査する上で、シミュレーションコードSFUMATO-M1(Matsumoto 2007, Fukushima&Yakima 2020)を改良する必要があった。具体的には、降着円盤が生成する非等方的な輻射場の形状や冪型の輻射スペクトルを実装した。さらに、降着円盤の強力な放射が星間ダストを昇華する効果も組み込んだ。星間ガスの密度(1e4-1e6/cm^3)とBHとガスの相対速度(20-100km/s)をパラメーターとしたシミュレーションを実施した結果、Bondi-Hoyle-Lyttletonスケールから降着円盤へのガス供給率は、およそ7e-6-4e-4Msun/yrであることが分かった。この結果は、初期宇宙の銀河円盤中(比較的高密度>~1e4/cm^3、低いダスト含有量<^0.1Zsun)を浮遊する中質量BHは、質量と速度をほぼ増加させることなく銀河円盤中を浮遊し続け、一方で、超高密度な銀河円盤中(>~1e6/cm^3)を浮遊する中質量BHは、質量が1e7Msunまで増加し銀河円盤を飛び出す可能性があることを示唆する。