�On the mechanism of black hole energy reduction in the Blandford-Znajek process
當真 賢二（東北大）
共同研究者：中村 雅徳（八戸高専）
磁気圏研究会 2025年3月27日
Toma, Takahara & Nakamura, PTEP 2025, 033E02 (arXiv:2408.09993)
EHTC / EAVN
Relativistic jets & GRMHD simulations (Kerr-Schild座標)
Non-relativistic
MAGNETOSPHERE
DISK WIND
Komissarov 01; 04; Koide+02; McKinney & Gammie 04; Barkov & Komissarov 08; Tchekhovskoy+11; Ruiz+12; Contopoulos+13; Takahashi+16; Nakamura, Asada+(KT)18
BZ split-monopole解
M. Kimura, Harada, Naruko & KT 2021; Shibata, Fujibayashi et al. 2024
BH spinが減少
Kerr BH
ホライズン上の外向きPoynting flux
RIAF
負エネルギーの落下？
Penrose 1969; Blandford & Znajek 1977
Ergosphere
Fluid velocity
Poynting flux
B-field
BZ過程は 粒子 or 電磁場の�負エネルギーの落下で解釈できるか？
本研究は新たに解を見つけたというような研究ではなく、�BZ過程と力学的Penrose過程の関係を突き詰めた研究である。また、電流の理解はプラズマ物理にとって重要である。
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3+1 electrodynamics
Landau & Lifshitz 1975; Komissarov 2004
Boyer-Lindquist (BL)座標
Fiducial observer (FIDO)
座標成分(E, H)とFIDOが測定する成分(D, B)
D, Bのみ扱う定式化よりエネルギー収支がわかりやすい
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BZ過程
Blandford & Znajek 1977
Force-free 条件
無限遠の条件
Znajek 条件
^付きの量はFIDOの�正規直交基底への射影
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負エネルギー粒子 (or feedback to particle energy)
Okamoto 06; 09; 12; 15; 24
Ergosphere
Poynting flux
B-field
B-field
Znajek 条件
“Fictitious”電流
KT & Takahara 2014; 2016; Komissarov 2004
Thorne+1986
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負エネルギー電磁場
Ergosphere
Fluid velocity
Poynting flux
B-field
はエルゴ領域で負になる(BL座標)
単位ベクトル
See also Lasota+14; Gralla & Jacobson 14
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定常MHDモデル
磁力線に沿う保存量：粒子も含めたエネルギー・角運動量流束
Takahashi+90; Beskin & Kuznetsova 2000; cf. Ogihara, Ogawa & KT 2021; Levinson 2004
Force-freeの場合と違い、Hφは保存しない
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定常軸対称MHD inflowの解析解
(see also Ogihara, Ogawa & KT 2021)
Inner fast point
Inner Alfven point
Separation point
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トロイダル磁場を作っている電流はBHに流れ込むだけであり、閉じない
外向きの電磁エネルギー流の反作用として、負エネルギー領域が内側に広がる
磁気圏の磁場構造ができる前の降着プラズマ
H(R)は�階段関数
まとめ
Ergosphere
Fluid velocity
Poynting flux
B-field
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Blandford & Znajek (1977)