2次元輻射輸送計算による降着円盤の理論的研究

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数値計算シミュレーションコードの開発は完了しているため、2022年度は、このシミュレーションコードを使用し、降着円盤の力学構造、熱力学構造、2次元輻射輸送方程式をself-consistentに解き、動径方向の輻射輸送を考慮しない場合の計算結果と比較する研究を行った。ブラックホールの質量は( 10^7, 10^8, 10^9 M_solar ), 質量降着率は、(10*M_Edd , 17.5*M_Edd ) の場合を考え、合計 3*2=6パターンの計算を行った。ここで、M_solar は、太陽質量、M_Edd は、Eddington 降着率で規格化した質量降着率である。2次元輻射輸送方程式を解く場合、必ず問題となるのが、降着円盤の外側境界をどこで打ち切るかということと、動径方向の計算メッシュ数をどの程度にとるかということであるが、これに関しては、いろいろ試行錯誤し、最終的には、本研究では、円盤の外側境界を100R_s（R_sは、シュバルツシュルト半径） にとり、計算のメッシュは、 動径方向 50メッシュ 、鉛直方向40メッシュ、エネルギー空間80メッシュで計算を行うこととした。動径方向の輻射輸送を考慮しない場合の計算結果との比較に関しては、事前の予想通り、質量降着率が大きいほど、2次元輻射輸送の効果が大きいことがわかった。特に、降着円盤の内縁付近では、動径方向の輻射輸送を考慮しない場合と比較して、その力学構造、熱力学構造、円盤からの輻射スペクトルが大きく異なる一方、降着円盤内縁近傍以外では、大きな差はないということがわかった。降着円盤内縁近傍では、構造に大きな差はないが、動径方向の輻射冷却効果が加わったことで、鉛直方向の輻射冷却率は大きく異なっていることも明らかとなった。