2015 Fiscal Year Annual Research Report
高エネルギー天体における強電磁場の微視的散逸過程と巨視的空間構造の理論研究
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15J06571
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
髙本 亮 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 相対論的乱流 / 磁気リコネクション / 宇宙線加速 / 無衝突プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は研究計画に従い、相対論的磁気リコネクションと粒子加速について主に研究を行った。研究は、１. 乱流を考慮した磁気流体力学近似を用いた乱流磁気リコネクション；２. ２枚の電流面がある場合の爆発的磁気リコネクション；３. 垂直衝撃波に伴う宇宙線加速と宇宙線分布の非等方性の効果、について主に行い、また共同研究として、４. 非相対論的無衝突プラズマにおける磁気リコネクションの大規模構造の研究についても行った。１、２の研究では磁場の散逸領域である電流面が巨視的スケールを持ち、かつ相対論的磁気乱流がある場合という、より実際の高エネルギー天体現象で起き得る状況での磁気リコネクションでの物理過程を研究した。一方共同研究の４では、主に地球磁気圏での磁気リコネクションを対象とし、非相対論ではあるが、陽子と電子の無衝突効果を考慮しつつ、巨視的スケールに接続するような大規模構造を数値シミュレーションを用いて再現し、解析を行った。３の研究では、これまで重要性が指摘されていながら研究が不十分であった垂直衝撃波での粒子加速について、加速時間や効率、そしてそれらへの粒子分布非等方性の効果について詳細な包括的研究を行った。
これらの結果は既にThe Astrophysical Journal, Monthly Notice of the Royal Astronomical Society, Physics of Plasmaなどの科学雑誌で出版されている。また同時に様々な国際研究会や日本天文学会の年会などでも発表を行っている。
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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
現在までの進捗状況としては、おおむね順調に進展していると言える。本課題は様々な高エネルギープラズマプロセスの解析とその天体現象の巨視的構造への影響についての研究である。現在までのところ天体現象に関係するプラズマプロセスとして最も重要な、磁気リコネクションと相対論的磁気乱流、衝撃波加速についての物理を局所近似を用いて研究を行い理解を深めた。一方研究計画段階では、相対論的磁気リコネクションの無衝突プラズマ効果についても研究を行う予定であったが、この研究については海外で幾つかのグループが先行しており、また無衝突プラズマの数値シミュレーションは非常に数値コストが必要であり現実世界である３次元の計算は未だ非常に困難である事から、実行には至っていない。その代わりとして、共同研究者と数値的に困難の少ない非相対論の場合の無衝突磁気リコネクションの大規模計算を行っており、その途中経過を一部論文として出版する事が出来た。
このように、研究の進捗自体は多いにあったが、計画の一部に見直しが必要である点で完璧ではなく、総合すると『おおむね順調』という評価に値すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までのところ、研究の進捗状況はおおむね順調である。一方高エネルギー天体現象で重要なプラズマ現象として、圧縮性領域の相対論的磁気乱流、電流面の不安定性から駆動される自発的乱流と磁気リコネクションの関係、そしてWeibel不安定性、無衝突乱流中での粒子加速についての研究が残っている。これらのうち、乱流と磁気リコネクションについては国立天文台のCfCAの所有するスーパーコンピューターであるCray XC40の最高カテゴリであるA rankに選ばれたため、この計算機を用いて数値計算とその解析を行っていく。またさらに数値的コストが必要なWeibel不安定性については、スーパーコンピュータ『京』の若手枠に採択されており、京コンピュータを用いてこれまで不可能であった３次元の大規模計算を行い、その性質についての解明を行う予定である。
一方、プラズマシミュレーションの数値コストの問題から、当初の計画で予定していた研究の一部は見直しが必要であり、今後は共同研究を行いパラメータを分担して研究を進める等の研究の効率化を考慮にいれつつ進めていく予定である。
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