ブラックホール降着流における初の定常衝撃波の検出(Scientists Discover First Detection of Standing Shocks in Black Hole Accretion Flows)

2025-08-27 中国科学院(CAS)

中国科学院雲南天文台の毛基榮教授ら国際研究チームは、『The Astrophysical Journal』において、ブラックホール降着流における「定在衝撃波(standing shock)」の初検出を報告した。降着流は強重力場により形成され、銀河形成や進化解明に不可欠な物理現象である。2019年のEHTによるブラックホール影の撮影以降、事象の地平面近傍での降着現象研究は最重要課題とされてきた。これまで定在衝撃波の存在は理論的に示唆されていたが、決定的証拠はなかった。研究チームは一般相対論的MHDシミュレーション(2D・3D)を用い、低角運動量降着モードにおいて衝撃波が形成され、安定して固定位置に存在することを確認した。また、この現象はSANE型降着円盤では見られるが、MAD型では観測されないことが判明。さらに、定在衝撃波が荷電粒子を加速し、X線連星や活動銀河核で観測される準周期振動(QPO)の起源となり得ることを示した。本成果はブラックホール物理と銀河進化理解を深化させるものと評価される。

<関連情報>

低角運動量ブラックホールの降着:定常衝撃波の一般相対論的磁気流体力学的証拠の初見 Low-angular-momentum Black Hole Accretion: First General Relativistic Magnetohydrodynamic Evidence of Standing Shocks

Jirong Mao, Indu K. Dihingia, Yosuke Mizuno, and Shigehiro Nagataki
The Astrophysical Journal  Published: 2025 August 22
DOI:10.3847/1538-4357/adf635

ブラックホール降着流における初の定常衝撃波の検出(Scientists Discover First Detection of Standing Shocks in Black Hole Accretion Flows)

Abstract

Understanding the dynamics of low-angular-momentum accretion flow around black holes (BHs) is essential for probing extreme plasma behavior in strong gravity, where shock formation can naturally produce variability signatures. In this paper, we perform general relativistic magnetohydrodynamic (GRMHD) simulations of low angular momentum accretion flows onto a BH with different BH spins to investigate the accretion dynamics near the central BH region. The simulation results show the standard and normal evolution regime in all cases. In particular, we report the formation and persistence of standing shocks in low-angular-momentum accretion flows using multidimensional (2D and 3D) GRMHD simulations for the first time. Previous studies did not detect such stable standing shock structures, making our findings a significant advancement in this field. The finding of shock dynamics can be further associated with some radiation features, such as flares observed in Sgr A* and quasiperiodic oscillation signals detected in some X-ray binaries and active galactic nuclei.

1701物理及び化学
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