宇宙ジェット形成シミュレーションの 可視化

1. 宇宙ジェット形成シミュレーションの可視化 宇宙物理学研究室 木村佳史　03S2015Z

2. 発表の流れ • 本研究の概要・目的・動機 • モデルの仮定・設定と基礎方程式 • シンクロトロン放射 • 放射係数 • 吸収係数 • 輻射輸送方程式 • 結果 • まとめと今後の発展

3. 本研究の概要・目的 電波銀河（電波と可視光） • 磁気流体シミュレーションの結果をもとにして、宇宙ジェットの可視化をする。 • 放射強度の計算による 　 実際のジェットの写真の ようなイメージを作る。

4. 銀河核からのジェット

5. 本研究の動機 等密度面のアニメーション シンクロトロン放射で可視化する理由。 これまでは密度の図などで可視化されてきたが、実際にそれが見える訳ではない。それを実際に見えるようなイメージにするため、放射光を考える。

6. ジェットの密度分布と磁力線　　　　

7. シミュレーションモデルの仮定・設定① • 鉛直磁場に貫かれた降着円盤を考える。 • 理想磁気流体（非粘性・磁気拡散なし）を仮定。 • 中心重力源による外場ｇが存在。 磁場B 円盤の外に高温ガスコロナ（温度一様・回転無し） 初期状態では 鉛直方向のみ 降着円盤（鉛直方向を軸として回転） 中心重力源（例えばブラックホール）

8. シミュレーションモデルの仮定・設定② • 円盤密度は重力と遠心力と圧力勾配力のつり合いより決める。 • 圧力はポリトロープを仮定。 • 高温ガスコロナの密度は静水圧平衡（圧力勾配力と重力のつり合い）より決める。 • 圧力は　　　　　　　　　　　と仮定。 としてシミュレーションをした。

9. 基礎方程式 • 質量保存の式 　　（連続の式） • 運動方程式 　　（外力　　） • 誘導方程式 • エネルギー式 ε：内部エネルギー γ：比熱比

10. シンクロトロン放射① • 光速近くまで加速された電子が磁場中で曲げられるときに電磁波を発生する。 • 運動方程式 • プラズマ（多数の陽子電子）を考えたときの、１つの電子が放射する放射エネルギー（全振動数について積分したもの） α：速度と磁場のなす角 B e たくさんの電子があるとしているので平均化して１／２とした。

11. シンクロトロン放射② • 電子は熱的な分布をしていると仮定する。 • エネルギーＥを持つ電子の個数 　　　　マクスウェルの速度分布より 　　　　相対論的な電子を考えているので また

12. シンクロトロン放射③ • 放射係数 • 吸収係数 • （シンクロトロン自己吸収） キルヒホッフの法則 　　　：黒体輻射強度 レイリージーンズ極限

13. 輻射輸送方程式 • ｓは光線の通る道筋 • 放射のみの場合 • 放射と吸収の両方がある場合 の2つの場合で、シンクロトロン放射から得られた 放射・吸収係数を用いて、放射強度の図を描く。 振動数ν＝１０１０Hz （電波）とした。 光線

14. 可視化 • 3次元ビジュアリゼーションソフト ＡＶＳ（Application Visualization System）を使用。

15. 真横から見た時 放射のみの場合のジェット 放射と吸収を含めたジェット

16. 放射のみの場合 スクリーンを傾けて見たジェット 真横から見たジェット

17. 放射と吸収の場合 スクリーンを傾けて見たジェット 真横から見たジェット

18. 温度との比較 • 温度が高いところは放射が強い。 　　　同じ時刻の放射強度と温度の図

19. まとめと今後の発展 • 今回は放射強度の図を描くことにより、宇宙ジェットの可視化をした。 • ドップラー効果や屈折や他の吸収要因を加えてみることもできそう。

20. 　終

21. 参考：スクリーンと積分方法 • スクリーンの原点の座標 • スクリーン上の座標 • 光線が通る点の座標 • スクリーンからの距離　　　ｓ 　スクリーンの法線ベクトルｎと平行に積分していく。 スクリーンの直交基底はｘ方向の基底のｚ座標が０になるようにとった。