宇宙ジェット形成シミュレーションの

可視化宇宙物理学研究室木村佳史　03S2015Z

発表の流れ

1. 本研究の概要・目的・動機2. モデルの仮定・設定と基礎方程式3. シンクロトロン放射

1. 放射係数2. 吸収係数

4. 輻射輸送方程式5. 結果6. まとめと今後の発展

本研究の概要・目的 磁気流体シミュレー

ションの結果をもとにして、宇宙ジェットの可視化をする。 放射強度の計算による　 実際のジェットの写真

の ようなイメージを作る。

電波銀河（電波と可視光）

銀河核からのジェット

本研究の動機シンクロトロン放射で可視化する理由。

これまでは密度の図などで可視化されてきたが、実際にそれが見える訳ではない。それを実際に見えるようなイメージにするため、放射光を考える。

等密度面のアニメーション

ジェットの密度分布と磁力線　　　　

シミュレーションモデルの仮定・設定① 鉛直磁場に貫かれた降着円盤を考える。 理想磁気流体（非粘性・磁気拡散なし）を仮

定。 中心重力源による外場ｇが存在。

円盤の外に高温ガスコロナ（温度一様・回転無し）

磁場 B

降着円盤（鉛直方向を軸として回転）

中心重力源（例えばブラックホール）

初期状態では

鉛直方向のみ

シミュレーションモデルの仮定・設定② 円盤密度は重力と遠心力と圧力勾配力のつり合いよ

り決める。 圧力はポリトロープを仮定。

高温ガスコロナの密度は静水圧平衡（圧力勾配力と重力のつり合い）より決める。 圧力は　　　　　　　　　　　と仮定。B c c

c

k Tp

m

1 1 nP としてシミュレーションをした。

3n

基礎方程式 質量保存の式　　（連続の式）

運動方程式　　（外力　　）

誘導方程式

エネルギー式　　 ε ：内部エネルギー　　　 γ ：比熱比

0)(

vt

4

pt

B Bvv v g

0Pt

v v

g

21

2e v

1p

t

B

v B

5

3 とした。

シンクロトロン放射① 光速近くまで加速された電子が磁場中で曲げられる

ときに電磁波を発生する。 運動方程式

プラズマ（多数の陽子電子）を考えたときの、１つの電子が放射する放射エネルギー（全振動数について積分したもの）

α ：速度と磁場のなす角4 2 2 2

22 3

2sin

3 e

q BP

m c

d qm

dt c v v×B

v

c 2

1

1

たくさんの電子があるとしているので平均化して１／２とした。

Be

シンクロトロン放射② 電子は熱的な分布をしていると仮定する。

エネルギーＥを持つ電子の個数

　　　　マクスウェルの速度分布より

　　　　相対論的な電子を考えているので

また

TkEKEEN B exp2

2( ) exp BN p Kp E k T E pc

30

2 Be

N E dE K k Tm

32 e B

Km k T

シンクロトロン放射③

放射係数

吸収係数 （シンクロトロン自己吸収）

キルヒホッフの法則　　　：黒体輻射強度

レイリージーンズ極限

Tk

cj

B2

2

2

2

1,

4 mcj N E P E dE

vB T j

h kT

B T

輻射輸送方程式

ｓは光線の通る道筋 放射のみの場合 放射と吸収の両方がある場合 の 2 つの場合で、シンクロトロン放射から得られた 放射・吸収係数を用いて、放射強度の図を描く。 振動数 ν ＝１０１０Hz （電波）とした。　

jIds

dI

0

光線

可視化

3 次元ビジュアリゼーションソフト ＡＶＳ（ Application Visualization System ）を使用。

真横から見た時

放射と吸収を含めたジェット

放射のみの場合のジェット

放射のみの場合

スクリーンを傾けて見たジェット 真横から見たジェット

放射と吸収の場合

スクリーンを傾けて見たジェット 真横から見たジェット

温度との比較 温度が高いところは放射が強い。　　　同じ時刻の放射強度と温度の図

まとめと今後の発展

今回は放射強度の図を描くことにより、宇宙ジェットの可視化をした。

ドップラー効果や屈折や他の吸収要因を加えてみることもできそう。

　終

参考：スクリーンと積分方法

スクリーンの原点の座標 スクリーン上の座標 光線が通る点の座標 スクリーンからの距離　　　ｓ　スクリーンの法線ベクトルｎと平行に積分して

いく。

スクリーンの直交基底はｘ方向の基底のｚ座標が０になるようにとった。

nxrr 0 szr ,,

000 ,, zr 0r

yx eex yx

zr ,,r