Exploration of high-energy astrophysical phenomena in star and planet formation processes
Project/Area Number |
21H04487
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
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Research Institution | Tohoku University |
Principal Investigator |
富田 賢吾 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70772367)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 成生 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20865795)
大平 豊 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40589347)
岩崎 一成 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 助教 (50750379)
古家 健次 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (80783711)
高棹 真介 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (90794727)
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Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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Budget Amount *help |
¥25,610,000 (Direct Cost: ¥19,700,000、Indirect Cost: ¥5,910,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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Keywords | 星形成 / 宇宙線 / 原始惑星系円盤 / 理論天文学 / 数値シミュレーション / 磁気流体力学 |
Outline of Research at the Start |
従来、太陽のような星やその周囲に形成される原始惑星系円盤、そしてそこで進行する惑星形成過程は、比較的低温・低エネルギーの現象であると考えられて来た。しかし、最近の観測から、星形成領域から高エネルギーの宇宙線が生成されることが示唆されている。星惑星形成過程自体がこのような高エネルギー物理過程を伴うならば、宇宙線による電離により原始惑星系円盤の構造や進化に大きく影響する可能性がある。本研究ではこれらの物理過程を含む数値シミュレーションにより、星惑星形成過程と高エネルギー物理過程を整合的に理解することを目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究では星形成過程・原始惑星系円盤において、非理想磁気流体効果や化学反応において重要となる宇宙線や高エネルギー光子による電離過程を取り入れた新たなモデルを構築する。今年度は前年度に引き続いてコードの開発と星形成・原始惑星系円盤におけr宇宙線加速の理論モデルの構築を行った。 当初、宇宙線の伝播を解く手法として運動論方程式のゼロ次モーメントのみを解く拡散近似に基づく手法を選択したが、その後検討を重ね、1次モーメントまで解く手法に光速制限法を組み合わせた手法(Jiang & Oh 2018, Armillotta et al. 2021)の方が性能及び精度の両面で有利であることからこちらの手法に切り替えて、コードの開発を進めている。 我々のシミュレーション(Takasao et al. 2019)から、激しくガス降着を起こしている若い原始惑星系円盤では、星磁場と円盤磁場の磁気リコネクションにより、太陽フレアよりも何桁もエネルギーの高い原始星フレアが駆動されることが分かった。太陽ではフレアに伴って高エネルギーの宇宙線が加速されていることが知られている。そこで、太陽フレアでの宇宙線加速とそれに伴うガンマ線放射を再現するようなモデルを構築し、これを拡張して原始星フレアにおける宇宙線加速と高エネルギー放射の理論モデルを構築した。その結果、原始星フレアは原始惑星系円盤の形成と進化に影響を与えうる宇宙線源となりえることがわかった。この成果はKimura et al. 2023として出版した。 また、本研究で使うAthena++コードの新しい自己重力ソルバに関する論文(Tomida & Stone 2023, ApJS)を投稿し、受理された。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
宇宙線伝播コード開発について、当初の計画から使用する手法を変更したが、このような検討はコード開発には不可避のものであり、大きな遅れとは考えていない。また、原始星フレアからの宇宙線及び高エネルギー放射の理論モデルを構築して論文として出版した。全体として概ね順調に進展していると考えている。
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Strategy for Future Research Activity |
一次モーメント法に基づく宇宙線伝播コードを次年度内に完成させ、これを非理想磁気流体効果と組み合わせた星形成過程のシミュレーションを行う。並行して宇宙線粒子ソルバの開発を進め、ポストプロセスで宇宙線の分布をより精密に計算する手法を構築する。
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)