| Project/Area Number |
22K03703
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 17010:Space and planetary sciences-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大塚 史子 九州大学, 総合理工学研究院, 学術研究員 (10418808)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 電子加速 / 無衝突衝撃波 / 準垂直衝撃波 / ホイッスラー波動 / 地球バウショック / 数値シミュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
地球バウショック(地球磁気圏衝撃波)の準垂直衝撃波側では、ベキ乗のエネルギースペクトルを持つ非熱的電子が人工衛星によるその場観測で直接捉えられているが、その加速機構には未解明な点が多い。本研究では、従来と比べ圧倒的な高時間分解能を誇るMMS衛星との比較に耐える高精度の衝撃波シミュレーションを行い、MMS衛星で得られる電子分布関数や衝撃波遷移層の微細構造とシミュレーションデータを直接比較することで、電子加速機構を解明し、その加速機構を体系的に理解する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球バウショックの準垂直衝撃波側では、ベキ乗のエネルギースペクトルを持つ非熱的電子が人工衛星によるその場観測で直接捉えられているが、その加速メカニズムの詳細は明らかでない。本研究では、従来と比べ圧倒的な高時間分解能を誇るMMS衛星との比較に耐える高精度の衝撃波シミュレーションを行い、電子が電磁場構造・波動とどこでどのような相互作用を経て、ベキ型の電子エネルギースペクトルを生成するのか、その過程を解明することを目的としている。
本年度は、前年度の電子軌道解析で明らかとなったホイッスラー波動による電子加速メカニズムを、地球バウショックのみならず、超新星残骸や衝突銀河団の無衝突衝撃波へ適用できるような新しいモデルとして取りまとめ、加速上限などの見積もりを行なった。新しい電子加速モデルでは、電子はホイッスラー波動の磁場変動に起因する磁場トラフに乗っている間に加速する。よって、本モデルは、静電的な電場の波に乗る既存のサーフィン加速モデル(星野ら2002)と対比することができ、磁気的なサーフィン加速として整理した。
また、衝撃波パラメータ(衝撃波角とアルフヴェンマッハ数)が異なる数値データの解析を行い、ホイッスラー臨界マッハ数と電子加速効率の関係性を議論した。その結果、亜臨界領域では衝撃波統計加速のような加速電子の特徴が得られ、超臨界領域では衝撃波遷移層に局在化して高エネルギー電子が生成されることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ホイッスラー波動による電子加速の論文は、以下の理由から、まだ投稿に至っていない。この加速機構では、電子はホイッスラー波動に起因する磁気トラフに乗っている間にホイッスラー波動の電場成分によって加速される。これは、電子加速機構としてよく知られている衝撃波サーフィン加速(星野ら[2002])と対比して考えることができる。（星野ら[2002]では、電子は静電的な孤立波動に乗っている間に対流電場によって加速される。）よって、新しい磁気的な衝撃波サーフィン加速として論文発表を目指すべく、改めてレター論文としてまとめ直す作業が生じ、論文投稿に至っていない。しかし、地球バウショックのみならず、広く無衝突衝撃波へ応用が期待できる加速機構であり、学術的意義の高い論文の準備が出来つつある。
ホイッスラー臨界マッハ数に対して加速効率を整理するためのパラメータサーベイの解析は予定通り進んでおり、初期結果をICRCプロシーディングにまとめた。ただし、計算モデルの２次元計算への拡張は実施できていない。
以上より、研究進捗状況はやや遅れていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
3年度目は、磁気的な衝撃波サーフィン加速の成果発表を早急に進めるとともに、2年度目で取得したパラメータサーベイにより得られたデータのより詳しい解析を行う。２年度目の解析から、磁気サーフィン加速は衝撃波遷移層における局所的なアルフヴェンマッハ数が亜臨界であるときに起こることが見出されたので、その結果を踏まえた解析を行う。
次に、計算モデルを２次元に拡張した場合でも、磁気的サーフィン加速が有効に働くか検証する。磁気的サーフィン加速は比較的低エネルギーの熱的電子に対しても働くと考えられるため、これが予備加速となり、平行伝搬のホイッスラー波動による散乱を伴った統計的加速へつながることが期待される。１次元計算のパラメータサーベイによる結果を踏まえ、パラメータ選定を行い、１次元と同様な２次元計算で得られた加速電子の軌道解析を行う。
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