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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. - PowerPoint PPT Presentation
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大須賀 健( 国立天文台 )
輻射加速
磁気収束
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 -
Super-Eddington 円盤
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 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
階層的アプローチ
本日のお題
川勝
Advection
Advection
Radiation
ADAF/RIAF
Slim disk
Standard disk
Abramowicz et al. 95
Optically thickOptically thin
[降着
率]
ADAF/RIAF磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) No輻射 ( 力 ) No
Standard磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) YES輻射 ( 力 ) No
Slim disk磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) YES輻射 ( 力 ) YES
三種の降着モード
BH
BH
BH
成長時間<宇宙年齢 (Z ~7 )
成長時間>宇宙年齢 (Z ~7 )
成長時間>宇宙年齢 ( 現在 )
巨大 BH の SUPER-EDDINGTON 成長
102 104 106 108
1
0.1
10-2
10-3
L/LE
MBH
QSO
ULX
QSO
XRB
LLAGNSgrA*
NLS1
Sy
進化進
化
降着
率一
定の
線
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。
2 2
2 2 2
22 2 2
48
~
~
1.5 10200 /
Eout
Egas
E
EBH
BH
d LM R R M vdt c
LM R R RR t M R Rfc
LR tcR LR Mt c
R
M Mkm s
ここで とすると
M(R)
R
Eout
LM vc
King 03, Silk & Rees 98
輻射ジェットによる M- RELATION の構築
Radiation Energy DensityGas Density
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
Ohsuga et al. 200521000
10
cLM
MM
Einput
sunBH
E
EBH
LLcLM
3100 2
母銀河からガス円盤へのガス供給率
● 運動エネルギー放出率
▲ 質量降着率■ 光度● 質量噴出率● 運動量放出率
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
Ohsuga 2006
研究の進展状況1次元モデル
輻射磁気流体計算
相対論的磁気流体計算
Shakura & Sunyaev 73; Ichimaru 77Abramowicz et al. 88; Narayan, Yi 94
磁気流体計算松元 99; 町田 + 00Stone, Pringle 01Hawley, Balbus 02
輻射流体計算Eggum+ 88; 奥田 02; 大須賀 + 05, 07; 大須賀 06; 川島 + 09 竹内 +09
大須賀 + 09 小出 +01; De Villiers+03; Hawley, Krolik 06McKinney, 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)
多次元計算
降着円盤における磁場の役割
AB
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: BzBr, B
BzBH
円盤 AB
(1) 磁気回転不安定
降着円盤における磁場の役割(2) 磁気浮力不安定
AA
円盤Br or B BzBH BH
磁気圧ジェットの原動力
(3) 磁気圧
磁場が増幅される: Br, BBz
A
A
B
降着円盤における磁場の役割(4) 磁気リコネクション
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)
BA
A
A
B
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!
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 BH
円盤
・円盤を厚くする・輻射ジェットの原動力
A
(2) 輻射力
Advection
Advection
Radiation
ADAF/RIAF
Slim disk
Standard disk
Abramowicz et al. 95
Optically thickOptically thin
[降着
率]
ADAF/RIAF磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) No輻射 ( 力 ) No
Standard磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) YES輻射 ( 力 ) No
Slim disk磁場 YES
輻射 ( 冷却 ) YES輻射 ( 力 ) YES
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
・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
Slim mode(Super-Eddington) 輻射冷却 △輻射力 ○
http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/ でダウンロードできます
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
輻射冷却 ○輻射力 ×
http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/ でダウンロードできます
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
輻射冷却 ×輻射力 ×
http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/ でダウンロードできます
Slim(L/LE>1)カ
ラー
(輻
射場
) L
ines
(磁
力線
)
カラ
ー(密
度場
)Iso
surfa
ce(
outfl
ow)
大須賀、嶺重、森、加藤 2009; PASJ表紙
Standard(L/LE<1) RIAF(L/LE<<1)
40Rs
輻射磁気流体ジェットモデルの物理
運動量放出率は~ 1.3LE/c でKing の条件をおよそ満たす
Super-Eddington 円盤
加速は輻射圧
磁気収束
竹内 , 大須賀 , 嶺重 in prep.
加速メカニズム
輻射力ベクトル
輻射流体計算と同様に、輻射力 (>> 重力 ) で加速している!
収束性の向上
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
輻射磁気流体計算 輻射流体計算
収束メカニズム
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
ジェットを取り巻く磁力線= 磁気タワー
まとめ
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)]
<10-3pc 10-3 ~ 1pc 1 ~ 100pc
輻射磁気流体モデル( 大須賀 + 09)
SN乱流モデル (和田 + 02)
Line-driven wind(Proga+ 00)
ジェット
円盤風
NLR
降着円盤
BLR
トーラス
理解
度研
究の
進展
状況
銀河中心領域の新理論構築へ向けて
BLR+ 円盤風 (10-3-1PC領域 ) 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 )]
Proga+00
トーラス+ NLR(1-100PC); 輻射流体計算+ SN 、ダスト、電離、自己重力
MBH ~ 106Msun
トーラス
103cm-3 のガス雲が数十 pcまで広がる
須佐 , 和田 , 大須賀 in prep.光電離したガス雲速度~数百 km/s
edge-on view
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