现代物理学：宇宙物理学分野.PPT

ブラックホール降着流の大局的３次元磁気流体数値実験 松元亮治　(千葉大理) ブラックホール降着円盤 天体磁気活動現象 太陽フレアとそのモデル 降着円盤における角運動量輸送問題 重力エネルギーを解放するためには、円盤物質の角運動量を抜き取る必要がある 磁気流体ジェット形成に伴う磁気制動 円盤内部での外向きの角運動量輸送 αディスクモデル: trf = aP a = 0.01-0.1 　分子粘性 流体乱流 差動回転に起因する流体不安定性 対流 a = O(0.001)　：　小さすぎる 磁気乱流 ブラックホール候補天体の特徴：激しいＸ線時間変動 ブラックホールのロゼッタストーン：マイクロクエーサーＧＲＳ１９１５＋１０５ ブラックホール候補天体の状態遷移：ハードステートとソフトステート 降着円盤のモデル 標準降着円盤モデル (ＳＡＤＭ） 光学的に厚く、幾何学的に薄いケプラー円盤 降着円盤の熱平衡曲線 降着円盤の熱平衡曲線（２） ＱＵＥＳＴＩＯＮＳ 角運動量輸送機構は何か。降着円盤モデルのαの値を決定することができるか？ ブラックホール候補天体のＸ線強度時間変化の原因は何か。それを再現できるか？ 低光度降着円盤の構造は移流優勢降着流（ＡＤＡＦ）モデルによって記述できるか？ 降着流は準定常的になるか？ アウトフローの生成条件は何か？ 差動回転円盤における磁気　　回転不安定性 計算機の中に降着円盤をつくる 基礎方程式 降着円盤の大局的３次元ＭＨＤ数値実験（Newtonian) 磁気エネルギーの時間変化 磁気ループ浮上と円盤コロナ形成 ブラックホール候補天体からのＸ線強度の激しい時間変動 電流密度のフラクタル構造 ブラックホール降着流の散逸性3次元磁気流体数値実験 初期条件と計算モデル 密度分布 赤道面密度の時間変化 プラズマβ（ガス圧と磁気圧の比）の時間変化 降着率時間変化のＰＳＤ 赤道面の密度分布と磁力線 Maxwell Stressの非対角成分　＜‐BrBφ/４π＞/Pの時間変化 角運動量分布：ケプラー分布に漸近 磁力線形状の変化 太陽フレアと降着円盤フレア 密度分布 円盤内縁領域での磁気エネルギー解放 X線強度の時間変化 磁気流体ジェットの加速機構 Steady Model of Axisymmetric Jet(Kudoh and Shibata 1997) 内田?柴田メカニズム 3D Structure Works in progress :Implementation of general relativistic code 一般相対論的ＭＨＤ数値実験(Koide et al. 1998,1999,2000) まとめ ブラックホール降着流の大局的３次元散逸性MHD数値実験を行った。 Ｒ＜１０ｒｇの領域では磁場が双対称渦状（BSS)構造を示し、１本腕の密度構造が卓越する 高密度領域がブラックホールに吸い込まれた後、BSS磁場中の電流シートで磁気リコネクションが起き、磁気エネルギーが解放される シミュレーション結果はブラックホール候補天体Cyg X-1で観測されているX線ショットに先立つ増光、ショット中のスペクトル硬化等を再現する 点線はケプラー分布、実線はt=29000から31000の平均角運動量分布 テスト粒子の角運動量変化 30570 30590 30610 30630 矢印は磁気　リコネクションによって形成された閉じた磁気ループ リコネクション T=30590 T=30610 T=30630 密度分布の時間変化。円で囲んだ領域では磁気リコネクションによって発生した衝撃波の伝播が見られる。矢印は磁気リコネクションに伴って円盤回転と逆向きの流れが発生している領域。 T=30590 T=30610 T=30630 電流密度と磁力線の時間変化 time ジュール加熱 磁気エネルギー 降着率 電流密度 ピンク：熱制動放射、　緑：　ジュール加熱率 まとめ 渦状密度構造が卓越 BSS磁場構造を形成 磁気乱流状態 X-ray shot 大規模リコネクション 大スケールのストレス層（電流シート）形成 小スケールの電流シート形成と磁気エネルギー解放 宇宙ジェットの大局的磁気流体　　　　シミュレーション Blandford and Payne 1982 Maruyama and Fujimoto 1987 Lovelace et al. 1991 Along a Magnetic Field Line 磁気拡散効果を含めた数値実験 (Kuwabara et al. 2000 PASJ) ideal Mildly resistive T=0 T=25 T=33 T=40 T=0