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