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回転ブラックホール近傍における高エネルギー粒子衝突とエネルギー引き抜き過程

旋转黑洞附近的高能粒子碰撞和能量提取过程

基本信息

批准号：
18J10275
负责人：
小笠原康太
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University (2019)Rikkyo University (2018)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10275/
关键词：
一般相対性理論ブラックホール一般相対論 BTZ時空

项目摘要

年次計画２年目の「高エネルギー粒子の脱出確率及び観測への示唆」の研究に取り組んだ．本年度中に電磁波観測によって，ブラックホールの作る影（シャドウ）の撮像が初成功したこともあり，当初の計画に加えて，より実際の観測を意識した解析も行った．以前，Kerr時空の赤道面内に限定した脱出確率の評価手法を発展させ，空間３次元的な粒子の脱出確率の解析を行った．状況設定としては，(i)数理的な側面に着目した，Kerr-Newman時空での解析，(ii)宇宙物理学的に（実際の観測に）重要となる，最内接安定円軌道（ISCO）からの脱出，の２通りの解析を行った．(i)Kerr-Newman時空は，質量・角運動量（スピン）・電荷の３つのパラメータをもつブラックホール時空であり，スピンと電荷にはある上限値が存在する．我々は脱出確率に対するこれら２つのパラメータ依存性を解析し，時空が臨界（extremal）かつ規格化されたスピンが1/2以上の場合，地平面のごく近傍からでも約30％の確率で粒子が脱出できることを明らかにした．また，スピンの増加に伴い確率も増加することがわかった．(ii)のISCO軌道からの脱出も同様に，スピンの増加に伴い確率が増加することが示された．宇宙物理学的なブラックホールのスピンには，0.998という理論的上限値が存在し，この上限値での脱出確率は約59％であった．さらに脱出光の赤方偏移を解析したところ，ISCO軌道から前方に放射された光は，遠方で青方偏移していることが明らかになった．これは，ISCO軌道にある光源のドップラー効果，いわゆる相対論的ビーミング効果であり，高い脱出確率とビーミング効果の関連性を明らかにした結果となった．これらの結果は，仮にブラックホール近傍からの情報を得られたとすると，そのブラックホールは非常に高速回転している可能性が高いことを示している．

The research on "the detection accuracy of high molecular weight particles and the detection of high molecular weight particles" of the second year of the annual project is divided into three parts. In the middle of this year, the electromagnetic wave detection was carried out successfully, and the detection was carried out in the beginning. In the past, Kerr space-time limited in the equatorial plane of the accuracy of the evaluation method has been developed, space three-dimensional particles of the accuracy of the analysis. Condition setting: (i) mathematical analysis of Kerr-Newman space-time;(ii) cosmological analysis of ISCO. (i)Kerr-Newman spacetime, mass·angular motion·charge·spacetime, mass·charge·charge·upper limit exists. The accuracy of particle separation is about 30% in the vicinity of the ground plane when the normalization of space-time is more than 1/2. Increase in the number of visitors. (ii)The ISCO orbit is separated from the orbit and the accuracy is increased. The upper limit of the theory of cosmic physics exists at 0.998, and the accuracy rate of the upper limit is about 59%. ISCO orbit: forward radiation: forward radiation: forward: forward radiation: forward: forward: For example, the ISCO orbit can be divided into two parts: the light source and the light source, and the correlation between the light source and the light source. The result of this is that the probability of a very high speed return is high, and the probability of a very high return is high.