ブラックホール降着・噴出流の
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ブラックホール降着・噴出流の 輻射磁気流体シミュレーション - 新型ジェットと母銀河への影響 -. 輻射加速. 磁気収束. 大須賀 健 ( 国立天文台 ). Super- Eddington 円盤. 巨大 BH の成長 巨大 BH はガス降着で急速成長!? ブラックホール同士の合体も重要かも 。。。 母銀河へのフィードバック 輻射が星形成に影響 ガス噴出 が星形成に影響. 巨大 BH と銀河の共進化における 降着円盤 (+ ジェット ) の役割. 階層的アプローチ.  本日のお題.  川勝. 三種の降着モード. BH. BH.

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大須賀 健 ( 国立天文台 )

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Presentation Transcript


3142012

ブラックホール降着・噴出流の

輻射磁気流体シミュレーション

-新型ジェットと母銀河への影響-

輻射加速

磁気収束

大須賀 健

(国立天文台)

Super-

Eddington円盤


3142012

  • 巨大BHの成長

    • 巨大BHはガス降着で急速成長!?

    • ブラックホール同士の合体も重要かも。。。

  • 母銀河へのフィードバック

    • 輻射が星形成に影響

    • ガス噴出が星形成に影響

巨大BHと銀河の共進化における降着円盤(+ジェット)の役割


3142012

階層的アプローチ

本日のお題

川勝


3142012

三種の降着モード

BH

BH

Advection

Advection

Slim disk

[降着率]

Abramowicz et al. 95

BH

Radiation

ADAF/RIAF

Standard disk

Optically thick

Optically thin


Bh super eddington

巨大BHのSuper-EddinGton成長

L/LE

成長時間<宇宙年齢(Z~7)

ULX

NLS1

1

進化

QSO

Sy

QSO

0.1

成長時間>宇宙年齢(Z~7)

進化

10-2

XRB

成長時間>宇宙年齢(現在)

10-3

降着率一定の線

LLAGN

SgrA*

102

104

106

108

MBH


M relation

輻射ジェットによるM-relationの構築

Super-Eddington円盤からのWindで掃き集められたガスシェルの速度が、脱出速度(速度分散)以下ならBHは成長を続けるが、脱出速度を超えるとガス欠になってBHの成長は止まる。

M(R)

R

King 03, Silk & Rees 98


3142012

Gas Density

Radiation Energy Density

Ohsuga et al. 2005

輻射流体シミュレーションで、Super-Eddington円盤と噴出する輻射加速ジェットを再現


3142012

Ohsuga2006

▲質量降着率

■光度

●質量噴出率

●運動量放出率

●運動エネルギー放出率

母銀河からのガス供給率が30程度であれば、King(03)のモデルが成立

母銀河からガス円盤へのガス供給率


3142012

研究の進展状況

Shakura & Sunyaev 73; Ichimaru 77

Abramowicz et al. 88; Narayan, Yi 94

1次元モデル

磁気流体計算

輻射流体計算

松元 99; 町田+ 00

Stone, Pringle 01

Hawley, Balbus 02

Eggum+ 88; 奥田 02;

大須賀+05, 07; 大須賀 06;

川島+ 09 竹内+09

相対論的

磁気流体計算

輻射磁気

流体計算

多次元計算

大須賀+ 09

小出+01; De Villiers+03;

Hawley, Krolik06

McKinney, Blandford 09

相対論的輻射磁気流体計算

開発中(大須賀, 井上, 富田, 関口)

(Farris et al. 2008)


3142012

降着円盤における磁場の役割

(1)磁気回転不安定

B

円盤

A

BH

Bz

A

B

A

B

(1)AからBへ角運動量が輸送される

(2)磁場が増幅される:BzBr, B


3142012

降着円盤における磁場の役割

(2)磁気浮力不安定

A

A

Bror B

Bz

BH

BH

円盤

磁場が増幅される:Br, BBz

A

(3)磁気圧

A

B

磁気圧ジェットの原動力


3142012

降着円盤における磁場の役割

(4)磁気リコネクション

B

磁気リコネクションのポイントで効率的なジュール加熱が起こる(円盤の加熱メカニズム)

A

A

B

注)

降着円盤業界では現象論的なリコネクションモデルを利用.

精緻なモデルの導入が急務!

A

B


3142012

降着円盤における輻射の役割

(1)輻射冷却

・円盤温度が下がる

・ガス圧の低下により円盤が薄くなる

円盤

BH

(2)輻射力

A

・円盤を厚くする

・輻射ジェットの原動力


3142012

三種の降着モード

輻射磁気流体シミュレーションを用いることで、全種の降着円盤を調べることが可能

Advection

Advection

Slim disk

[降着率]

Abramowicz et al. 95

Radiation

ADAF/RIAF

Standard disk

Optically thick

Optically thin


3142012

Slim mode(Super-Eddington)

・幾何学的・光学的に厚い輻射圧優勢円盤が形成

・輻射圧加速ジェットが噴出

http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/でダウンロードできます


3142012

Standard mode

・輻射冷却が効き、低温で薄い円盤が形成

・標準円盤モデルの予想に反し、ジェットが噴出

http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/でダウンロードできます


3142012

RIAF mode

・輻射冷却が効かず、光学的に薄い高温円盤が形成

・磁気圧加速ジェットが噴出

http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/でダウンロードできます


3142012

Slim(L/LE>1)

Standard(L/LE<1)

RIAF(L/LE<<1)

カラー(密度場)

Isosurface(outflow)

大須賀、嶺重、森、加藤 2009; PASJ表紙

40Rs

カラー(輻射場)

Lines(磁力線)


3142012

輻射磁気流体ジェットモデルの物理

加速は輻射圧

磁気収束

Super-Eddington円盤

運動量放出率は~1.3LE/cでKingの条件をおよそ満たす

竹内, 大須賀, 嶺重 in prep.


3142012

加速メカニズム

輻射流体計算と同様に、輻射力(>>重力)で加速している!

輻射力

ベクトル


3142012

収束性の向上

輻射磁気流体計算

輻射流体計算

より軸に沿った方向に噴出している

放射状に噴出している


3142012

収束メカニズム

ジェットを取り巻く磁力線

=磁気タワー

ローレンツ力で収束している

(磁気圧と磁気テンションは同程度)

ローレンツ力

ベクトル


3142012

  • 輻射磁気流体計算コードを駆使し、三種の降着モードをシミュレートした

  • 巨大BHの成長過程、母銀河へのフィードバックを正しく評価する第一歩である

  • 新しいジェットモデルを提唱した

    • 加速メカニズム=輻射力

    • 収束メカニズム=ローレンツ力

  • 当面の課題(個人的)

    • 3次元化[with 小川、松元(千葉大)]

    • 相対論化[with 井上、富田、関口(NAOJ)]

まとめ


3142012

銀河中心領域の新理論構築へ向けて

<10-3pc

10-3~1pc

1~100pc

降着円盤

円盤風

トーラス

ジェット

BLR

NLR

研究の進展状況

SN乱流モデル(和田+02)

Line-driven wind

(Proga+00)

輻射磁気流体モデル

(大須賀+09)

理解度


Blr 10 3 1pc

  • 理論計算

    • 和田コードに輻射の効果           (電離、加熱、line-force)を追加

    • とはいっても一番ややこしいところ(輻射輸送)は完成済み

    • 今のところ大須賀、和田、須佐で進行中

  • 理論と観測の比較[with 三澤さん(理研)]

BLR+円盤風(10-3-1pc領域)

Proga+00


Nlr 1 100pc

輻射流体計算+SN、ダスト、電離、自己重力

トーラス+NLR(1-100pc);

光電離したガス雲

速度~数百km/s

須佐, 和田, 大須賀 in prep.

103cm-3の

ガス雲が数十pc

まで広がる

トーラス

edge-on view

MBH~106Msun


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