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【本学研究者情报】

〇学际科学フロンティア研究所　新领域创成研究部
助教　木村成生

【発表のポイント】

• ブラックホール周辺のガスの流れである降着円盘^（注１）の复雑な乱流构造を、史上最高解像度のシミュレーションで解明し、大きな涡と小さな涡をつなぐ「惯性领域^（注２）」の再现に初めて成功しました。
• 惯性领域において「遅い磁気音波^（注３）」が支配的であることを発见し、降着円盘内でイオンが选択的に加热される理由の説明を可能にしました。
• 电波望远镜によるブラックホール近傍の観测データの物理的解釈をより高精度に行えることが期待されます。

【概要】

ブラックホールは降着円盘と呼ばれる回転するガスに取り囲まれており、このガスは复雑な乱流状态にあります。しかし、その性质は长年谜に包まれていました。

东北大学学际科学フロンティア研究所（贵搁滨厂）の川面洋平助教（现?宇都宫大学データサイエンス経営学部准教授および东北大学大学院理学研究科客员研究员）と贵搁滨厂の木村成生助教（同大学院理学研究科兼务）は、理化学研究所の「富岳」^（注４）や国立天文台の「アテルイ滨滨」^（注５）などのスーパーコンピュータを駆使して従来にない极めて高解像度のシミュレーションを実施し、降着円盘の乱流が持つ物理的性质を明らかにしました。

特に注目すべきは、大きな涡と小さな涡をつなぐ「惯性领域」において「遅い磁気音波」と呼ばれる縦波が支配的に存在することを発见したことです。この発见により、降着円盘内でなぜ电子よりプラス电荷のイオンの方が効率的に加热されるのかという観测事実の理论的説明が可能になりました。この研究成果は、2019年4月にブラックホールの影の撮影成功を発表したイベント?ホライズン?テレスコープ^（注６）による観测データの解釈にも重要な示唆を与えるものです。

本研究成果は科学誌Science Advancesに2024年8月28日（米国東部夏時間）付で掲載されました。

【用语解説】

注1. 降着円盤
ブラックホール、中性子星、原始星などの重力源となる中心天体の周りを回転するガスの流れ。ガスはイオンと电子が电离したプラズマ状态にある。乱流によってガスの角运动量保存が破られるために、完全な楕円运动を描かずに徐々に中心天体に向かって落下する。このとき同时に、重力ポテンシャルエネルギーを热エネルギーへと変换し高温に加热される。高温になったプラズマは齿线などの电磁波を放射する

注2. 慣性領域
一般的に3次元空间における乱流では、大きいスケールにおいて涡が作られ、その涡が小さな涡へと分裂していく。最终的にミクロなスケールにおいて涡が消え、そのエネルギーが粒子の热エネルギーへと変换される。このとき、涡が作られる大きいスケールと涡が消える小さいスケールの中间を惯性领域という。惯性领域では、単位时间あたりにあるスケールからあるスケールへと输送されるエネルギー（これをエネルギーフラックスと呼ぶ）がスケールによらず一定となる。

注3. 遅い磁気音波とアルヴェーン波
降着円盘には3つの波が存在する。1つ目は磁力线が弦のように振动する「アルヴェーン波」。2つ目は磁场の强弱が伝わる「遅い磁気音波」。そして3つ目が私达に驯染み深い「音波」である。降着円盘では音波はプラズマと相互作用をあまりしないで高速に伝わり逃げていくのであまり重要ではない。アルヴェーン波は太阳风において支配的に存在することが确认されている。また、过去の研究から遅い磁気音波はイオンを选択的に加热することが分かっている。

注4. スーパーコンピュータ「富岳」
理化学研究所と富士通が共同开発したスーパーコンピュータ。2020年から2022年まで世界最速。

注5. スーパーコンピュータ「アテルイII」
国立天文台が运用するシミュレーション天文学専用のスーパーコンピュータ。国立天文台水沢キャンパス（岩手県）に设置されており，3.087ペタフロップスの理论演算性能を持つ。

注6. イベント?ホライズン?テレスコープ
地球规模の电波望远镜ネットワークを用いて、银河中心の超巨大ブラックホールの撮影をする国际プロジェクト。これまで惭87银河と天の川银河にあるブラックホールが作る影を捉えることに成功している。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学 学際科学フロンティア研究所
东北大学 大学院理学研究科天文学専攻
助教　木村 成生（きむら しげお）　
Email: shigeo*astr.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学 学際科学フロンティア研究所 企画部
特任准教授　藤原 英明（ふじわら ひであき）
TEL: 022-795-5259
Email: hideaki*fris.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）