Gravastar  Shadow

坂井伸之（山口大）  斉田浩見（大同大）  玉置孝至（日本大）  

『第７回ブラックホール磁気圏勉強会』研究会  熊本大学　　2014年3月3-­‐5日

グラバスター（gravita6onal  vacuum  star）とは?

•  Mazur  &  Mo@ola（2002）  –  「大質量星の重力崩壊→ブラックホール」 とは別の可能性。

–  「相転移→状態方程式の変化」を仮定。（理論的根拠なし）

–  重力半径に近い大きさで正則かつ安定な天体の存在。  

•  その後、様々なモデルで安定性・観測可能性を議論。  

P=-ρ>0

P=ρ>0

P=ρ=0

重力半径

本研究の目的

•  グラバスターの観測的検証。（BHと識別）  –  これまでは「摂動→重力波」の議論のみ。  –  ボゾンスター等の光学的性質にも示唆を与える。  

•  ブラックホールの直接観測における意義。  –  理論的予測：①BHモデル→②観測的帰結(シャドウ等)    ②→①は自明ではない。    同じ観測的帰結②を与える別のモデル①’の可能性を調べることが、②→①という帰納的推論の確からしさを議論するために重要。  

モデル

•  Visser  &  Wiltshire  (2004)のthin  shellモデル

P=-ρ>0

n

P=ρ=0

重力半径

表面が光を吸収→BHと光学的に区別がつかない。  以下では、電磁相互作用をしない（透明）と仮定。

面圧力=面密度  

境界の接続条件

無次元化

運動方程式（有効ポテンシャル）

外側と内側

R:境界の半径

静的解とその摂動

測地線の方程式

内側  

測地線の接続条件（静的）

有効ポテンシャル

（A±は境界での値）

数値解析

•  軌道

観測者  r=2000GM φ=0

α→L/E

•  軌道

-2

-1

0

1

2

3

-2 -1 0 1 2 3

L/E /2GM

r sinφ /

2GM

rcosφ / 2GM

3

2.5

2.004

1.5

1

r=2GM

r=3GM

gravastar surface

観測者  r=2000GM

光源の設定

1.  GVS後方に広がる光源の影  

2.  GVS後方の天体の像  

3.  GVSを囲む光学的に薄いガスの明るさ  

1.  GVS後方に広がる光源の影

0 1 2 3 4 5

φ(r=

2000

GM

)-π

L/E /2GM

0

π

2π

3π

無数のリング

2.  GVS後方の天体の像 4GM

6GM 20GM 観測者  

-5

0

5

-6 -4 -2 0 2 4 6 8

GVSの内側を通過した光の像GVSの外側を通過した光の像

Rgas=10GM

3.  GVSを囲む光学的に薄い球対称ガス

0 1 2 3 4 5 6

L/E /2GM

通過距離（∝明るさ）

GVS

BH

まとめ

•  不安定円軌道を持つ安定なGVS解が存在。  –  表面が光を吸収するならば、BHと光学的に区別できない。  

電磁相互作用をしないGVSの性質  •  後方に広がる光源の影→  •  後方の天体の像  –  内側に特徴的な像。  –  光源がごく近傍にないと観測できない。っっっっｄ  

•  取り囲むガス球（測地線の通過距離で評価）

–  BHに比べて増光のリングが厚い。  –  内側の明るさはBHの約2倍。