本研究では、超巨大ブラックホール周囲の降着円盤および円盤風を対象として、
輻射圧によって駆動されるアウトフローの物理過程とその時間変動を、
理論的・数値的に解明することを目的としている。
特に、降着円盤の熱的不安定性や非軸対称構造に着目し、
それらが円盤風の形成や観測的な検出特性に
どのような影響を与えるかを、輻射流体シミュレーションを用いて調べている。
活動銀河核（AGN）のX線スペクトルでは、青方偏移した鉄の吸収線として
ultra-fast outflow（UFO）と呼ばれる高速アウトフローが検出されており、
これは中間的な電離状態を持ち、柱密度が約1023 cm−2、
速度が光速の約10%に達するガス噴出流として、
全AGNのおよそ40%で観測されている。
このUFOの有力な起源と考えられている円盤風に注目し、
その時間変動や検出の非定常性を理解することを目指している。
さらに、宇宙物理で培われた放射輸送・散乱計算手法を応用し、
生体中の細胞核による円偏光散乱特性の解析を通じて、
近赤外光を用いたがん診断への応用可能性についても研究を進めている。
これまでの先行研究では、UFOの有力な起源として 金属元素の束縛–束縛遷移による放射圧（ラインフォース）で駆動される円盤風が提案されてきたが、 円盤光度や質量流出率が時間的に一定である定常状態が主に扱われ、 時間変動については十分に調べられてこなかった。本研究では、こうした定常モデルを超えて、 降着円盤自身が時間変動する場合にUFOがどのように応答するかに着目した。 放射圧が支配的な降着円盤では、質量供給率がエディントン率（ブラックホールの重力と放射圧が釣り合う限界光度） に対しておよそ LEdd/c2 程度となる条件下で、熱的不安定性に起因する周期的な変動が発生し、光度が時間的に変動する。 本研究では、熱的不安定で光度変動する降着円盤の1次元流体計算と、 ラインフォースによって駆動される円盤風の2次元輻射流体計算を並行して実行し、 両者を自己無撞着に結合した時間依存シミュレーションを行った。 その結果、光度変動に伴って円盤風の質量噴出率が大きく変動し、 それに応答してUFOの検出確率も時間的に変動することが明らかになった。 特に、光度が極大期から下降期にかけて、 円盤表面の有効温度が上昇することで見込み角約50〜60度の方向に強力な円盤風が形成され、 この方向でUFOが検出されやすくなる。この結果は、 セイファート銀河2MASS 0918+2117など複数の天体において観測されている光度変動とUFOの有無を同時に再現できることを示した。 これらの結果は、AGNにおける光度変動とUFOの時間的検出が、 降着円盤の熱的不安定性によって駆動されるラインフォース円盤風の時間変動として統一的に理解できることを示している。 本研究成果は、Publications of the Astronomical Society of Japan（PASJ）でアクセプトされた。詳しい研究内容については arXiv論文 と以下の動画をご参照ください。
全体説明： 熱的不安定な降着円盤の光度変動に応答して変化する、ラインフォース駆動型円盤風と膠着円盤の時間発展。
左上図： 円盤風の密度分布（色）と速度ベクトル（矢印）。原点にブラックホール、下端（z≃0）に降着円盤があり、円盤表面から斜め上（中緯度方向）へ伸びる
高密度の帯が円盤風に対応する。
右上図： 同時刻の円盤表面の有効温度 Teff(R)。
下図： ボロメトリック光度 Lbol/LEdd の時間変動。赤点が現在の時刻を示す。
食道がんの早期診断には、前がん病変に伴う細胞核の形状や配向変化を非侵襲的に検出する手法が求められる。 本研究では、細胞核を球および楕円体としてモデル化し、DDSCATを用いた離散双極子近似法により、細胞核を多数の電気双極子に分割して電磁波との相互作用を解析し、散乱特性を計算した。 これを3次元モンテカルロ輻射輸送計算に組み込み、散乱光の円偏光度（DOCP）を評価した。無偏光を入射した結果、球状核をもつ正常モデルではDOCPはほぼ生じなかったのに対し、整列した楕円体核をもつ異形成モデルでは明瞭な円偏光が生じた。 一方、楕円体核の配向を乱したがんモデルでは円偏光が減少した。これは楕円体核に特有の無偏光―円偏光変換に起因しており、DOCPが異形成の検出およびがん進行に伴う核構造変化の指標となる可能性を示している。 本研究については こちら（PDF） にまとめている。 また、今後は、より現実的ながんの細胞核の配置や形状分布を考慮したモデルでの検討を進める予定である。