﻿1. ソフト名 ： ブラックホールシミュレータ

2. 概要
　ブラックホールとそのまわりの降着円盤を表示するシミュレーターです。

　ブラックホールの重力によって引き寄せられた物質は、吸い込まれる直前にブラックホールの周りを高速で回転しながら落ち込み「降着円盤」を形成します。
　ブラックホールの周りでは強力な重力のため光の進路が曲げられ、降着円盤のブラックホールの陰に隠れている部分が見えるようになります。また、降着円盤内の物質の回転速度が光速に近くなるため、光のドップラー効果により、観測者に対して近づいている側は青い色に見え、遠ざかる側は赤い色に見えます。
　実際のブラックホールは回転していると考えられ、その場合、静止している条件で解いたシュバルツシルト解では説明ができず、回転を含めた条件で解いた「カー解」（ロイ・カーが1963年に発見）によってはじめて説明ができるようになりました。カー解によるブラックホール（カー・ブラックホール）では、周囲の空間そのものが引きずられるため、ブラックホールの左右で空間の歪みが非対称となり、ブラックホールシャドーが円形でなく中心からずれたつぶれた形になります。
　カー・ブラックホールでは、事象の地平面の外側に「エルゴ領域」というものがあり、そこでの空間の回転は光速よりも速くなるため、光が逆方向に向かって進むことが不可能となる領域です。事象の地平面も２層に分かれておりそれぞれ異なった挙動をします。さらに、中心にある特異点は、リング状になっていると考えられています。
　このシミュレーターでは、降着円盤を伴ったブラックホールが、重力レンズ効果やブラックホールの回転による効果によってどう見えるかを、カー解を使った数学的モデルに基づきリアルタイムに描画します。ここで扱うブラックホールは、太陽質量の３倍～５０倍のもの（恒星質量ブラックホール）です。


3. 操作
・画面中央にブラックホールシャドーとその周りの降着円盤と背景の星空が表示されます。
・ブラックホールをマウスでドラッグすると（タブレット・スマホではスワイプ）、ブラックホールの向きを変えることができます。その際、ブラックホールの向きをわかりやすくするため、ガイドが表示されます。
・ブラックホール上でマウスホイールを前後に回すと（タブレット・スマホでは２本指でのピンチ）、ブラックホールまでの距離を変えることができます。右の操作パネルに距離が表示されます。（kmとシュバルツシルト半径Rs単位）
・操作パネルの「質量」スライダーで、ブラックホールの質量を変えることができます。（太陽質量単位）
・「スピン」スライダーで、ブラックホールの回転速度を変えることができます。（０＜ａ＜１で、０の時はシュバルツシルトブラックホールを表す）
・「降着円盤半径」スライダーで、降着円盤の半径をを変えることができます。0にすると、重量レンズ効果だけを見ることができます。
・「事象の地平面（回転しているときはエルゴ領域も）」「ドラッグ操作ガイド」の表示・非表示を切り替えられます。
・操作パネルの「精度レベル」スライダーで、計算する精度を変えることができます。ＰＣの性能によって表示が遅い場合は低い精度にしてください。

4. 留意点
・ここで扱うブラックホールのモデルは、回転しているカー・ブラックホールです。
・ブラックホールの描画には光線追跡法を用いています。１本の光線の追跡にはアインシュタインの重力方程式のカー解を数値積分することによって求めていますので、かなり正確に表示できています。
・光のドップラー効果は、イメージとして理解しやすいように色を強調しています。
・カー・ブラックホールには事象の地平面が２層ありますが、ここでは外側のもののみ赤色で表示します。また、事象の地平面の外にできるエルゴ領域はオレンジ色で表示しています。
・降着円盤は実際にはもっと大きいと考えられますが、表示の都合上適度な大きさにしています。

5. HP : https://nitto21.oops.jp/kyozai/index.html
　HPでは、Web上で実行できるバージョンも公開しています。このバージョンでは様々なOSのPCやタブレット、スマホでも実行可能です。

6. 連絡先 : nitto21@hotmail.com

7. 取り扱い種別 : フリーソフト

8. 動作環境
　・ＯＳ : Windows10、11
　・タイプ : デスクトップ、ラップトップ、タブレット
　・ポインティングデバイス : マウス、タブレット

9. 開発ソフト : Unity6.3

10. 実行方法
　zipファイルを解凍してできた「BlackHoleSim」フォルダ内の「BlackHoleSim.exe」ファイルをダブルクリックするだけで実行できます。インストールの必要はありません。不要になったら「BlackHoleSim」フォルダごと削除してください。
（※実行するとき、「WindowsによってＰＣが保護されました」という警告が出ることがありますが、「詳細情報」→「実行」とクリックしていくと実行できます。）


