観測による一般相対性理論の検証を目指した、ブラックホール近傍の理論的研究

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今年度、私は主に大質量星の爆発とともに生じるガンマー線バースト(GRB)に関する研究を行った。GRBは大質量星の崩壊の結果形成されるブラックホールにより、なんらかのメカニズムで莫大なエネルギーがジェット状に噴出され、その結果生じるものと考えられている。そのため私の研究のテーマであるブラックホール近傍の物理を探るうえで格好の研究対象である。これまで、ブラックホールとそれを取り巻く降着流からどのようなメカニズムでジェットを形成しているのかがよくわかっておらず、これを理解することでブラックホール近傍の物理を解析し、一般相対給といった重力理論の検証を行おうというのが本研究の目的である。本研究では特に、ジェットの形成する"タイミング"の違いに焦点を絞った研究を行った。というのも、ジェットのメカニズムと形成タイミングには密接な関係があることが理論的に予想されているため、この形成タイミングの違いでGRBの観測値にどのように影響するかを調べることでジェットのメカニズムに制限をつけたいと考えた。そこで、私は大質量星の外層部分の崩壊と、ジェットの星中、星間中の伝搬といったダイナミックスを、相対論的流体シミュレーションを用いて調べた。さらに輻射計算も行う事で観測量と直接比較できるようにもした。本研究によって、ジェットのダイナミックスの様子は、その形成するタイミングによってかなり違うものになったことがわかった。それは星が崩壊の結果生じる衝撃波の伝搬によって星の外層が大きく変化してしまうためである。また、タイミングが遅すぎるジェットの場合、降着率が低くなり長時間ジェットを噴出することができなくなることがわかった。この結果、観測的には比較的早いタイミングでジェットが形成されたほうがGRBの特徴的な光度曲線を説明できる点を指摘することができた。