Transcript 磁気タワージェットは
磁気流体降着円盤から噴出する磁 気タワージェットの数値実験 加藤 成晃 (京大基研／千葉大D３) 林 満 （国立天文台） 松元 亮治（千葉大） 嶺重 慎（京大基研） 柴田 一成（京大花山天文台） 本研究の成果の概要 初期磁場構造に依存しない磁気流体ジェット 閉じた磁場によって噴出するジェットの模式図 磁気タワージェットの生成と時間進化を報告する アウトライン • バックグランド – 降着円盤から噴出する従来の磁気流体ジェットモデル – 従来の磁気流体ジェットモデルの問題点について • 本研究の目的 • 本研究の成果 – 磁気タワージェットの噴出 – 磁気タワージェットのコリメーション – 磁気タワージェットのモデル依存性 • 磁気タワージェットのまとめ • 議論 従来の磁気流体ジェットモデル 磁気遠心力加速モデル • • • Blandford & Payne (1982) Pudritz & Norman (1986) Lovelace et al. (1987) 縦磁場に貫かれた円盤から噴 出するＭＨＤジェット 磁気圧加速モデル • • • • Uchida & Shibata (1985) Shibata & Uchida (1986) Contopoulos (1995) Kudoh & Shibata (1995) 降着円盤と磁場によって噴出する 磁気流体ジェット 従来の磁気流体ジェットモデルの問題点 大局的な縦磁場の形成プロセスの疑問 • 降着円盤が形成されると同時に大局的な磁場を形成する？ • 大局磁場が形成した後に、ジェットが噴出する？ トロイダル磁場の影響 • 差動回転する円盤に弱い磁場があれば、磁気回転不安定性 （Balbus & Hawley 1991)によるダイナモ効果でトロイダル磁場 が生成されている • 円盤内部のトロイダル磁場はジェットに 寄与し ないのか？ 大局的な縦磁場がどのように生成されるのか？ ジェットによって円盤磁場が大局磁場になる？ 双極子磁場や局所磁場でジェットが噴出するのか？ 本研究の目的 降着円盤における磁場の増幅機構（ダイナモ） • 磁気回転不安定性（ＭＲＩ）： Bf, Bz Br • 差動回転によるBfの増幅：Br Bf • 磁気浮力：Br, Bf Bz S , MRI B *MRI dBf Br Bf dt S B Bf Bz dBr * dt MRI MRI dBz Bf Bz dt B R 降着円盤で生成された局所的に強い磁場 によってジェットが噴出することを検証する 初期条件 • 力学平衡状態の回転トーラス • トーラスの外側に、等温・高温・ 低密度のコロナ • 初期磁場は、回転角方向のベ クトルポテンシャルAφで与え る： • 双極子磁場 Aφ ∝ r • Aφ∝ρ＞ρcri 双極子磁場 -3 • 一般相対論的な効果を pseudo-Newtonian ポテンシャ ルで取り入れる: GMBH r rs 初期トーラスと磁場構造 局所磁場 wherers is the Schwartzchild radius • 粘性加熱・輻射冷却を無視す る ２つの異なる磁場構造を初期 条件とする 中性子星磁気圏における 磁気タワーの生成 磁力線#1（r=20rs）#2（r=8rs) 密度等値面 ヘ リ カ ル 状 の 磁 場 構 造 QuickTimeý Dz Compact Video êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ• ÅB 40 rs 磁気タワー 外圧 Lynden-Bell 1996 ブラックホール降着円盤における 磁気タワーの形成 密度等値面 赤道面 磁力線 #1 #2 流線 速さ 0.0 0.3c QuickTimeý Dz Compact Video êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ• ÅB 磁気タワーで加速された ジェットの速さ ~ 0.3 c 160 rs 磁気タワージェットのコリメーション 磁気タワー内部における力の分布 • ジェットの半径 ～30 rs（モデル依存） • 磁気圧勾配力とコロナのガ ス圧勾配力が磁気タワーと コロナの境界で釣合ってい る • 磁気張力は１％程度弱い 磁気タワージェットは、周辺に あるコロナの圧力でコリメート している Bf 分布 コロナと磁場の圧力依存性： • モデルA（コロナ圧大・磁気圧大) – 円盤内縁部でBfが強い – トランジエントなジェット • モデルB（コロナ圧大・磁気圧小） – フィラメント状の強いBf – ジェット無 コ ロ ナ 圧 大 有 無 • モデルC（コロナ圧小・磁気圧大） – 0.5c程度の持続的なジェット • モデルD（コロナ圧小・磁気圧小） – 0.1c程度で持続的なジェット ジェットの有無 ジェットの速度 はコロナ圧に依存 コ ロ ナ 圧 小 有 有 数値実験結果のまとめ 初期磁場構造に依存しない磁気流体ジェットモデル • • • • 円盤内部で増幅されたBfがジェッ トを作る 円盤内部の磁気圧が円盤コロナ の圧力より大きい場合にジェットが 噴出する 磁気タワージェットはコロナの圧力 によって支えられている 磁気タワージェットによって大局的 な縦磁場構造が作られる コロナの物理状態と生成機構を解明しなくてはならない 磁場のエネルギー密度の時間変化 • 円盤内部では、ジェット の噴出に伴いトロイダル 磁場（破線）がポロイダ ル磁場（実線）に変換さ れている • ポロイダル磁場（実線） が円盤からコロナへ注入 されている ジェット噴出直前／噴出／噴出後 BH近傍 コロナ ブラックホール近傍を貫く大 局的なポロイダル磁場を生 成するプロセスになってい る 円盤 一般相対論的な磁気流体現象によるGが大きいジェット！？ 磁気タワージェットの概念図 円盤内縁の局所的に強い磁場＝磁気タワージェット 局所的に強い磁場＝フレア、円盤風、コロナ？