ブラックホール周囲のガスの渦巻きである超高光度降着円盤が、ブラックホールの自転によって歳差運動することを、一般相対性理論に基づく大規模数値シミュレーションで実証しました。この結果、超高光度降着円盤の周期的な光度変動が、ブラックホールの自転に起因している可能性が示されました。
ブラックホールの周囲には、強大な重力によってガスが渦を巻いて形成される「降着円盤」が存在します。この降着円盤は、宇宙で最も効率的なエネルギー変換機構の一つであり、ブラックホール周辺で起こる光の放射やジェット（プラズマの噴出）と考えられています。ここで、ブラックホールが自転していると仮定すると、降着円盤が、回転するコマの軸がぐらつくような歳差運動を起こす可能性があり、これまで光度の低い円盤について調査・実証が進められてきました。しかし、強力な放射を生み出す超高光度降着円盤でも同じ現象が起こるかどうかは、まだ解明されていませんでした。
本研究では、一般相対性理論に基づく大規模な放射電磁流体力学シミュレーションを実施し、超高光度降着円盤がブラックホールの自転によって歳差運動することを世界で初めて実証しました。また、この歳差運動が、ブラックホールから噴出するジェットや放射の方向を周期的に変動させることが明らかになり、これまで原因が不明だった超高光度降着円盤の周期的な光度変動が、ブラックホールの自転に起因している可能性が示されました。
今後、さらに長期間のシミュレーションと観測データの比較によりブラックホールの自転の有無を検証することで、これが宇宙現象に与える影響が解明されると期待され、ブラックホールの時空構造や一般相対性理論のさらなる理解にも貢献すると考えられます。
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プレスリリース
研究代表者
筑波大学計算科学研究センター
朝比奈 雄太 助教
掲載論文
【題名】 General relativistic radiation-MHD simulations of Precessing Tilted Super-Eddington Disks
（歳差運動をする傾いた超エディントン円盤の一般相対論的放射電磁流体力学シミュレーション） 【掲載誌】 The Astrophysical Journal 【DOI】 10.3847/1538-4357/ad6cd9