大須賀グループの研究テーマ

一般相対性理論による預言からおよそ100年、 重力波の検出とブラックホールシャドーの撮像により、 ついにブラックホールの存在が証明されました。 次なるターゲットは"ブラックホール降着円盤やジェット"および"巨大ブラックホールの形成論"です。 私達は、理論物理学とコンピュータシミュレーションを駆使し、ブラックホールの謎に挑んでいます。

ブラックホール降着円盤・円盤風・ジェット

ブラックホールの重力に引きつけられた物質が作り出す円盤状の構造は、ブラックホール降着円盤と呼ばれています。 そこでは強力な放射が発生し、場合によっては超高速で物質が噴出する現象(円盤風&ジェット)が起こると予想されています。 しかしながら、降着円盤や円盤風、ジェットのメカニズムはまだ解明されていません。 私達は、物質の運動と電磁場、光の伝搬をブラックホール時空中で調べる一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーションを駆使し、 降着円盤とジェットについて理論的に研究しています(下図左参照)。 さらに私達は、理論モデルと観測データとの比較から、 ブラックホールの謎を解き明かそうとしています。 そのため、独自に開発した一般相対論的輻射輸送計算コードを用いて、 ブラックホールの観測的特徴を調べています(下図右参照)。

巨大ブラックホール形成論

銀河の中心には太陽の数百万倍から数十億倍もの質量を持つ巨大ブラックホールが潜んでいます。 その形成メカニズムは謎に包まれていますが、 有力な仮説の一つが、物質の吸い込みによるブラックホールの成長です。 種となるブラックホールが、周囲の物質を吸い込むことで質量を獲得し、 巨大ブラックホールへと進化するというものです。 ただし、ブラックホール降着円盤で生じる放射や円盤風、ジェットが、 吸い込みを妨げる可能性もあり、問題の解決には至っていません。 巨大ブラックホールはどのように作られたのか、 銀河の進化とどう関係しているのか、 我々は、理論的アプローチで巨大ブラックホール形成の謎に迫っています。

キーワード:

ブラックホール,ジェット, 降着円盤, 円盤風, 巨大ブラックホール形成論, 活動銀河核, 超高光度X線源, X線連星, ブラックホールシャドー, 一般相対論的輻射磁気流体力学, 一般相対論的輻射輸送方程式, 数値シミュレーション

sample

(左)ブラックホール降着円盤の一般相対論的輻射磁気流体力学シミュレーション. 光速に匹敵する速度でジェットが吹き出す. 細い線は磁力線を示す (高橋博之氏提供).
(右)一般相対論的輻射輸送計算で再現したブラックホールシャドー. 青いリングの中心にブラックホールが潜む(川島朋尚氏提供).

グループメンバー/主な共同研究者

大須賀 健(教授)
朝比奈 雄太 (学振研究員)
小川 拓未(学振研究員)
井上 壮大 (D2; 学振研究員)
内海 碧人 (D2; 筑波大フェロー)
高橋 幹弥 (D2; 学振研究員)
尾形 絵梨花 (D1; 学振研究員)
武者野 拓也 (D1; 学振研究員)
植松 正揮 (M2)
大野 翔大 (M2)
人見 拓也 (M2)
島田 悠愛 (M1)
竹田 麟太郎 (M1)
竹林 晃大 (M1)

高橋 博之 氏(駒澤大学)
野村 真理子 氏(呉工業高等専門学校)
川島 朋尚 氏(東京大学宇宙線研究所)
京都大学 宇宙物理教室 嶺重グループのみなさん
千葉大学 宇宙物理学研究室 松元グループのみなさん

過去の学位論文

修士論文

▸ "Hoyle-Lyttleton accretion on to black hole accretion disks with super-Eddington luminosity for dusty gas" 尾形絵梨花
▸ "超臨界ブラックホール降着流におけるライマンアルファ輝線の輻射力の計算" 武者野拓也
▸ "一般相対論的輻射輸送・輻射磁気流体力学計算による超臨界中性子星降着流の構造の解明" 井上壮大
▸ "一般相対論的輻射磁気流体シミュレーションによるカー・ブラックホール周りの超臨界降着円盤の解明" 内海碧人
▸ "Ray-tracing法に基づく一般相対論的輻射輸送コードの開発" 高橋幹弥
▸ "Dusty-gasの輻射重力源へのHoyle-Lyttleton降着; 輻射場の非球対称性と減光の効果" 細谷亮太朗

卒業論文

▸ "突発的超臨界降着現象の研究" 島田悠愛
▸ "特殊相対性理論的光子拡散の研究" 竹田麟太郎
▸ "コンプトン散乱を考慮した偏光X線の輻射輸送計算" 竹林晃大
▸ "一般相対論的輻射輸送計算によるブラックホールへ落下するガスの放射特性の研究" 人見拓也
▸ "中性子星への超臨界降着柱モデルによる超高光度X線源のX線パルスの計算" 井上壮大
▸ "円盤風の噴出による降着円盤の構造の変化" 荻野圭那子

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