AGN 降着円盤とジェット

大須賀 健 ( 国立天文台 )

密度

ジェット/ アウトフロー

輻射場

磁力線

ブラックホール降着円盤＋ジェット( 輻射磁気流体シミュレーション )

降着円盤＋ジェット

ジェット

降着円盤

放射

ブラックホール

降着流降着円盤重力 E 磁場 E& 輻射 E

円盤上空磁場 E& 輻射 E 運動 E(JET)

遥か遠方運動 E 熱 E

問題点、観測と理論の協力 何がわかっていないのか？

BH 降着円盤の構造 (BH スピン , 磁場 , etc.) ジェットの発生・加速メカニズム ジェットのコリメーションメカニズム

観測と理論の協力

数値流体計算 観測

輻射輸送計算

予言、観測データ解釈

観測結果

観測イメージSED( 偏光も )

降着円盤＋ジェット研究の進展

1 次元モデル多次元 , 磁場 , 輻射 , 一般相対論

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

多次元計算

磁気流体計算松元 99; 町田 et al. 00Stone, Pringle 01Hawley, Balbus 02

輻射流体計算Eggum et al. 88; 奥田 02; 大須賀 et al. 05, 07;大須賀 06; 川島 et al. 09竹内 et al. 09

大須賀 et al. 09 小出 et al. 01; De Villiers et al. 03; Hawley, Krolik 06McKinney, Blandford 09

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

Hawley, Balbus 91

磁気回転不安定の成長

角運動量を失って落下

角運動量を得て外側へ

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！

(c) 松元＠千葉大

降着円盤における磁場の役割

三次元磁気流体計算 (松元 99)

磁気乱流円盤 一般相対論的３次元磁気流体計算

(McKinney, Blandford 09)

磁気ジェット

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

三種の降着円盤

Advection

Advection

Radiation

ADAF/RIAF

Slim disk

Standard disk

Abramowicz et al. 95

Optically thickOptically thin

[降着

率]

Rad. Cooling so-soRad. Force Yes

Rad. Cooling YesRad. Force so-so

Rad. Cooling NoRad. Force No

ULXs, NLS1sSeyfert, QSOs, High-state(BHBs)

LLAGNslow-state(BHBs)

<ADAF/RIAF> <Standard Disk> <Slim Disk>

より詳しくは幅さんの講演

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

Model A[Slim disk に対応 ] 輻射冷却 △輻射力 ○

http://th.nao.ac.jp/~ohsuga/ でダウンロードできます

Model B[ 標準円盤に対応 ]

・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

Model C[ADAF/RIAF に対応 ]

・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

Model A

カラーコントア（輻射場） , Lines （磁力線）

カラーコントア（密度場） , Blue Isosurface （ outflow ）

Model B Model C

Model A Model B Model C

VSOP2 への期待：中心部磁場構造の解明

理論モデルはトロイダル磁場が卓越した円盤＋ヘリカル磁場を伴うジェットを予言 . VSOP2 による検証を期待したい .

M87; Walker et al. 2008

～ 100Rs

VSOP2 への期待：中心部の時間変動

内縁領域の回転時間尺度=Rin/Vkep＞数日

ジェットの運動時間尺度( 磁力線の変動時間 )=10Rs/0.1c＞数日

ブラックホール近傍のガスの運動、磁場構造の変動の解明を期待したい . 時間尺度は十分長いはず .

VSOP2 への期待：降着衝撃波 ( とジェット )最近ちょっと考えていること (with 高橋労太 , 福江純 )

衝撃波

降着流中で衝撃波が起こると、、、(1)電波強度が上がる(2)jet/outflow が発生するかもしれない .

outflow

磁場増幅＆電子加熱により , 電波で明るく輝く

VSOP2 でここを分解

電波放射領域とジェットの発生地点が一致しているのか否かを解明してもらいたい .

Becker et al. 2008

衝撃波

衝撃波の位置は約 100Rs

長倉 & 山田 2008

衝撃波

シミュレーションで再現された降着衝撃波

VSOP2 への期待：降着衝撃波とジェット

さらに悪のりすると、、、

衝撃波 磁場増幅＆電子加熱により , 電波で明るく輝く

sheath spine

２成分 (Spine-Sheath)構造の解明を期待する .

観測と理論のより詳細な比較へ向けて

数値シミュレーションの可視化 シミュレーションの結果は ( 密度や温度、厳密

にいえば磁場も ) 観測量ではない . 輻射輸送計算で可視化し、観測データと直接比較することが重要 .

3 次元シミュレーションによる密度構造実際は観測できない

輻射輸送による可視化の例

1010-1011Hz 1011-1012Hz 1017-1019Hz

各波長ごとの観測イメージ

SED(SgrA* との比較 )

加藤 , 梅村 , 大須賀 2009 in press

結論

降着円盤＋ジェットの理論は大いに発展してきている .

VSOP2 によるブラックホール近傍の磁場構造 , および時間変動の解明を期待したい .

理論と観測の比較により , 円盤＋ジェットのダイナミクスの理解は大幅に進展するだろう .

とはいえ , 理論研究にもまだまだ課題は多い( 相対論効果 , プラズマ物理 , etc).

とはいえ , VSOP2 も満点ではない (例えば感度 ). さらなる発展を希望する .