宇宙初期における超巨大ブラックホール形成についての理論的研究

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観測から銀河中心に普遍的に存在することが知られている百万太陽質量以上の超巨大ブラックホールは、強力な輻射やアウトフローにより銀河の形成・進化に大きな影響を与えた重要な天体であり、超巨大ブラックホールの形成過程を明らかにすることは現代の天文学における大きな課題の一つとなっている。本年度は超巨大ブラックホール形成シナリオの主な候補の一つである初代星シナリオに注目して研究を進めた。初代星シナリオにおいては、初代星起源の種ブラックホールが観測されているような宇宙初期の超巨大ブラックホールまでガス降着によって急成長することが想定されるが、そのような急成長が実際に起こるかが問題となっている。昨年度の研究により、ブラックホール近傍からの輻射の非等方を考慮すると、降着流とアウトフロー領域の棲み分けが起こって高い降着率が実現する場合があることが発見された。しかし、その研究を含むこれまでの研究では降着するガスの角運動量が非常に小さい場合のみが調べられていたため、本年度の研究では、回転するガスがブラックホール降着円盤外縁に降着する過程についての軸対称2次元シミュレーションをおこない、有限の角運動量がガス降着に与える影響について調べた。その結果、輻射の非等方性が大きな場合においても、角運動量が非常に小さくない限り降着率は大きく低下することが明らかになった。本研究で得られた高い降着率を実現するのに必要な角運動量の条件は、種ブラックホールへのガス降着率に対する角運動量の影響を考える上で基礎となる重要な結果と言える。本研究により、銀河中のガスがブラックホールに降着する際の角運動量の持ち込みが種ブラックホールの成長にとって重要であることが示された。今後の研究では、注目するスケールを銀河スケールまで押し広げることで、今回調べたスケールと銀河スケールを統合したモデル化をおこなうことが期待される。