ブラックホールが強力な相対論的ジェットを生成する仕組みを解明(How Black Holes Produce Powerful Relativistic Jets)

2025-10-06 ゲーテ大学

フランクフルト大学の理論物理学者チームが、ブラックホールが強力な相対論的ジェットを放出する仕組みを高精度シミュレーションで解明した。彼らが開発した「FPICコード」は、回転するブラックホール(例:M87*)が磁場を介して回転エネルギーを粒子ジェットに変換する過程を解析。従来知られていたブランフォード=ズナエック機構に加え、磁気リコネクションがエネルギー抽出に寄与することを発見した。これにより、銀河中心核の高輝度や粒子の光速近い加速の説明に新たな理論的基盤を提供した。

ブラックホールが強力な相対論的ジェットを生成する仕組みを解明(How Black Holes Produce Powerful Relativistic Jets)
A chain of plasmoids is created on the equatorial plane along the current sheet, where the particle density (left part) is higher. Here, magnetic reconnection takes place, accelerating particles to very high energies (right). Particles also reach relativistic speeds along the spin axis and eventually form the jet powered by the Blandford–Znajek mechanism. Gray: Magnetic field lines. Image: Meringolo, Camilloni, Rezzolla (2025)

<関連情報>

カーブラックホールからの電磁エネルギー抽出:第一原理計算 Electromagnetic Energy Extraction from Kerr Black Holes: Ab Initio Calculations

Claudio Meringolo, Filippo Camilloni, and Luciano Rezzolla
The Astrophysical Journal Letters  Published: 2025 October 6
DOI:10.3847/2041-8213/ae06a6

Abstract

The possibility of extracting energy from a rotating black hole via the Blandford–Znajek mechanism represents a cornerstone of relativistic astrophysics. We present general-relativistic collisionless kinetic simulations of Kerr black hole magnetospheres covering a wide range of black hole spin rates. Considering a classical split-monopole magnetic field, we can reproduce with these ab initio calculations the force-free electrodynamics of rotating black holes and measure the power of the jet launched as a function of the spin. The Blandford–Znajek luminosity we find is in very good agreement with analytic calculations and compatible with general-relativistic magnetohydrodynamic simulations via a simple rescaling. These results provide strong evidence of the robustness of the Blandford–Znajek mechanism and accurate estimates of the electromagnetic luminosity to be expected in those scenarios involving rotating black holes across the mass scale.

1701物理及び化学
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