Study for acceleration mechanism of first cosmic rays and their influences
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19H01893
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大平 豊 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40589347)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 初期宇宙 / 磁場 / 宇宙線 / プラズマ / 衝撃波 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、宇宙初期の天体現象による宇宙線加速と磁場生成の機構を調べ、宇宙誕生後いつから宇宙線が加速され、いつから他の天体現象に重要な寄与をし始めたのかを解明する。
現在の宇宙には宇宙線と呼ばれる高エネルギーな荷電粒子が存在する。宇宙線が宇宙誕生後いつから作られたのか、いつから重要な役割を果たすようになったのかは謎である。
宇宙初期に宇宙線が効率よく加速されることがわかった場合、これまでの宇宙線を無視した宇宙初期での天体形成と進化に関する研究の再考察が必要となる。本研究を含め、これらの再考察は「宇宙初期でのプラズマ宇宙物理学」という未開拓の領域を切り開くことになる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙初期での宇宙線による磁場生成機構とガスの加熱機構について理論的に調べた。初代銀河中の超新星残骸で、宇宙線が加速される。この宇宙線による赤方偏移z=2-20の宇宙における新しいガスの加熱機構を定量的に評価し論文にした。宇宙線が銀河間空間に広がっていく際、宇宙線電流が生じる。その宇宙線電流を打ち消すために生じる熱的電子の帰還電流は、熱的ガスとの相互作用による抵抗を感じる。宇宙初期に形成された銀河周囲でのこの電気抵抗によるガス加熱を定量的に評価した結果、これまで考えられていた宇宙初期でのガスの加熱機構(X線加熱と宇宙線 による電離加熱)に比べて、宇宙線電流が誘導する抵抗性加熱の方が効率良くガスを加熱する時期があること、ガスの加熱によって抵抗が弱くなり、最終的には抵抗性加熱が効かなくなることが明らかになった。
また、この抵抗によって生じる抵抗性電場は、宇宙線が作り出す2次電子を加速させ、放電現象を引き起こす。その反作用として、熱的電子の帰還電流と抵抗性電場が弱くなる。これらの放電現象と抵抗性電場の発展を調べるため、2次電子の生成、電場による加速、原子や分子の励起や電離にともなるエネルギー損失、抵抗性電場の発展を同時に数値的に解いた。その結果、電子雪崩が生じること、その後の準定常状態では、有限の抵抗性電場が残ること、その電場の大きさは、宇宙線電流の大きさによらず、ガスの電離度に依存することを明らかにした。また、電子雪崩が起きている最中の電離率は、これまで考えられてきた宇宙線による電離率にくらべ100倍くらい大きくなり得ることを明らかにした。また、電離率だけでなく、原子や分子の励起率も10-100倍くらい大きくなることを明らかにした。これらの成果を論文にまとめ、学術雑誌に投稿した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(54 results)
