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相対論的流体における散逸の実用的解法の開発とその高エネルギー天体物理過程への応用

Research Project

Project/Area Number 09J01061
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

高本 亮  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2009 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsパルサー星雲 / 相対論的磁気流体 / 相対論的散逸 / 相対論的流体力学 / 相対論磁気流体力学 / 相対論的散逸理論 / 相対論的流体 / Israel-Stewart理論
Research Abstract

私は上記のような研究課題に基づき、平成23年度は研究計画通り、前年度までに作成した相対論的散逸磁気流体力学の数値解法を用いて蟹パルサーのσ問題についての研究に取り組み、その1つの有望な解決策を提示した。
蟹パルサーのσ問題とはパルサーから放出されるプラズマの磁場の大きさについての観測予測と理論予測の不一致のことである。蟹パルサーの周囲にはパルサー星雲と呼ばれる非常に高温のプラズマが存在しており、そのプラズマの磁場のエネルギーについての観測予測と理論予測の間に4桁以上の開きが存在している。これまでの研究では主にパルサーからパルサー星雲にプラズマが到達するまでに磁場を散逸させる物理過程について研究が行われてきたがいまだ解決には至っておらず、現在のところ否定的な結論のほうが優勢である。
この問題に対し、私はパルサー星雲に到達するまでに磁場を散逸させるのではなく、パルサー星雲に入射した直後にパルサー風とパルサー星雲の境界面に存在する衝撃波が駆動する乱流によって磁場を散逸させることを考えた。衝撃波は上流の流体に密度揺らぎが存在する場合、その揺らぎとの相互作用によって衝撃波面が変形され、これにより下流に乱流が駆動されることが知られている。私はこの乱流によりパルサー風に存在することが理論的に予想されている電流面が引き伸ばされ、散逸が加速されるということを数値計算によって示した。また驚くべきことに乱流による散逸の加速はプラズマの散逸係数にはよらずに、乱流の強さにのみ依存することを発見しこれを説明する物理モデルを提出した。本研究の散逸過程は乱流と電流面が存在すれば必ず起こる一般的物理過程であるため、パルサー星雲だけではなく相対論的ジェットやガンマ線バーストなどの強磁場の関係するさまざまな高エネルギー天体現象にも応用できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の申請課題は、相対論的散逸の実用的解法の開発とその高エネルギー天体物理現象への適用であるが、私は前年度までに研究計画通り相対論的散逸理論の実用的解法に成功し、また今年度は当初の計画通りそれを蟹パルサー星雲という高エネルギー天体物理現象に適用し、その磁場の散逸過程について研究を行うことが出来た。このような理由により本件急はおおむね研究計画通り順調に進んでいるといえる。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は今年度で終了であるが、この研究をさらに推進し高エネルギー天体物理現象の謎を解明する予定である。

Report

(3 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] A New Numerical Scheme for Resistive Relativistic Magnetohydrodynamics Using Method of Characteristice2011

    • Author(s)
      高本亮、井上剛志
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 735 Issue: 2 Pages: 113-127

    • DOI

      10.1088/0004-637x/735/2/113

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A fast numerical scheme for causal relativistic hydrodynamics with2011

    • Author(s)
      高本亮、犬塚修一郎
    • Journal Title

      Journal of Computational Physics

      Volume: 230 Issue: 18 Pages: 7002-7017

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2011.05.030

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The relativistic kinetic dispersion relation : Comparison of the relativistic Bhatnagar-Gross-Krook model and Grad's 14-moment expansion2010

    • Author(s)
      高本亮、犬塚修一郎
    • Journal Title

      Physica A Statistical Mechanics and its Applications

      Volume: 389 Pages: 4580-4603

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Analysis of the Relaxation Process using Non-Relativistic Kinetic Equation2010

    • Author(s)
      高本亮、犬塚修一郎
    • Journal Title

      Progress of Theoretical Physics

      Volume: 123 Pages: 903-920

    • NAID

      110007618880

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高エネルギープラズマにおける相対論的衝撃波2012

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      平成23年度衝撃波シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学柏キャンパス新領域基盤棟
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] パルサー星雲の乱流における磁場散逸の加速2012

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      天文学会
    • Place of Presentation
      龍谷大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] パルサー星雲における乱流リコネクション2011

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      Plasma Conference 2011
    • Place of Presentation
      石川県立音楽堂
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] パルサー風とパルサー星雲の相互作用時における磁気リコネクション2011

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      天文学会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 散逸を考慮した相対論的Kelvin-Helmholtz instabilityの非線形領域の解析2010

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2010-09-23
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱伝導・粘性を考慮した相対論的流体--Israel-Stewart理論のNumerical Scheme2010

    • Author(s)
      高本亮
    • Organizer
      日本天文学会2010年春季年会
    • Place of Presentation
      広島大学
    • Year and Date
      2010-03-25
    • Related Report
      2009 Annual Research Report

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Published: 2009-04-01   Modified: 2024-03-26  

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