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大須賀　健 ( 国立天文台 )

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

  1. 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

  2. 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

  3. 階層的アプローチ 本日のお題 川勝

  4. 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

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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)

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. 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

  16. 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

  17. 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

  18. 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）

  19. 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.

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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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