超高解像度電磁流体力学シミュレーションで迫る降着円盤乱流の微小スケール特性
Project/Area Number |
20K14509
|
Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
|
Allocation Type | Multi-year Fund |
Review Section |
Basic Section 16010:Astronomy-related
|
Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
川面 洋平 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80725375)
|
Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
|
Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
|
Keywords | ブラックホール / 降着円盤 / プラズマ乱流 / 電磁流体力学 / プラズア乱流 / プラズマ / 乱流 |
Outline of Research at the Start |
降着円盤におけるプラズマは,磁気回転不安定性(MRI)によって駆動される乱流状態になっていると考えられている.MRI乱流の微小なスケールにおける特性を明らかにすることは,Event Horizon Telescopeによって得られた降着円盤からの放射分布の物理的解釈をする上で重要である.本研究では電磁流体力学の超高解像度シミュレーションを行い,MRI乱流の微小スケール特性を明らかにする.特に,降着円盤におけるイオンと電子の温度比を決定するために必要なファクターである「圧縮的な揺動と非圧縮的な揺動の比」を求めることを目標とする.
|
Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、富岳を用いて史上最高解像度の磁気回転乱流シミュレーションに成功した。これまでの最高解像度は1024×1024×512グリッドであったが、今回4096×4096×2048グリッドまで到達することができた。その結果、運動エネルギーのスペクトルは波数の-3/2乗、磁場エネルギーは-5/3乗よりやや急峻になることが分かった。Cho & Lazarianによる手法を用いて、得られた乱流揺動を局所背景磁場に平行な成分と垂直な成分に分解することで、Alfven的成分と擬Alfven的成分それぞれのスペクトルを求めた。擬Alfven波は遅い磁気音波の高ベータ極限に相当する。こうして得られたスペクトルは、以前我々が簡約化磁気流体力学を用いて得た乱流スペクトル(Kawazura et al., J. Plasma Phys. 2022)と類似していることが明らかになった。この結果は、降着円盤おける簡約化磁気流体力学の妥当性を示唆しており、今後簡約化ドリフト運動論などに発展させることできることを期待させるものである。また、これ以外にも、波数のスケール依存非等方性が Goldreich & Sridharの予測である(平行方向波数) ~ (垂直方向波数)^2/3を満たすことや、非線形エネルギー伝達が局所的になることなどが明らかとなった。一方で、磁場エネルギーのスペクトルと運動エネルギーのスペクトルが一致するスケールまでは解像出来ておらず、従来のMHD乱流理論との対応が明確に取れていない。2023年度はさらなる高解像度計算を目指し、磁場エネルギーのスペクトルと運動エネルギーのスペクトルが一致を目指す。
|
Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
史上最高解像度の磁気回転乱流シミュレーションに成功し、その解析も進んでいる。また関連した研究の論文出版も行っている。
|
Strategy for Future Research Activity |
運動エネルギーと磁場エネルギーのスペクトルの傾きが収束するところまでは行けていないため、もう一声解像度を上げてシミュレーションを行う予定である。
|
Report
(3 results)
Research Products
(17 results)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Yohei Kawazura2022
Author(s)
Inertial range of magnetorotational turbulence: reduced magnetohydrodynamics and ultra-high resolution simulations
Organizer
6th Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
-
-
-
-