2016 Fiscal Year Research-status Report
星間・銀河間ガスで加速された準熱的粒子による非平衡放射と加熱
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15K05024
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
政井 邦昭 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (80181626)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 銀河団 / 2次Fermi加速 / 分布関数 / Fokker-Planck方程式 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銀河団形成の衝突-合体過程で衝撃波や乱流は粒子を加速しガスを加熱する．実際，GeV電子放射の電波ハローや電波レリックが銀河団衝突していると見られる銀河団に見られる．前者はMpcスケールに広がるので，衝撃波よりも乱流によるin-situ粒子加速を考えるのが自然である．加速された粒子の一部は熱的粒子と相互作用してガスの加熱に寄与すると考えられ，電波強度とガスの温度や熱的Ｘ線光度の間には正の相関が観測されている．これらの観測事実を踏まえて，銀河団衝突の過程で形成される粒子のスペクトルを調べ，放射の特徴を明らかにして，電波ハローと整合的にコアの熱的進化を探る研究を進めている．
平成28年度は，乱流加速された粒子と銀河団の熱的進化との関係を調べるため，前年度に開発した熱的粒子から非熱的粒子まで整合的に分布関数を計算するFokker-Planckコードの改良を行った．銀河団コアのガスの放射冷却時間は宇宙年齢より短くなりうるが，電波ハローの起源が銀河団衝突で乱流加速された電子とするなら，乱流の減衰後，加速された粒子が熱化することでガスの温度が上がり，この冷却問題は解決しうる．粒子の加速から加熱に移行するには，Fokker-Planckコードにおいて，移流項が抑制され拡散項が支配的になる必要がある．拡散過程の見直しを進め，より高次の項まで計算に含めることで加熱の手がかりを得た．この項は，低エネルギーの電子とカップリングしやすいので，放射冷却したコアの加熱に効果的である．ただし，加熱後のスペクトルは，温度はwell-definedと云えるものの，Maxwellianからわずかにずれた形をもつことが分かった．他に，乱流の初期スペクトルをKolmogorovとして，減衰により逆カスケードする可能性についても考察を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成28年度の主要課題であった，加速から加熱への移行を記述するFokker-Planckコードの改良・テストについては概ね順調に進んでいる．また，乱流が減衰した後のスペクトルの時間発展についても妥当性の検証が進んでいる．本研究では，乱流は逆カスケードにより減衰して1Gyrのうちに速度は200km/s以下になると考えているが，Ｘ線天文学衛星HitomiによるPerseus銀河団の観測から，中心部での乱流の速度は200km/s以下であることが示され，本研究と矛盾しない結果が得られている．この結果はまた，放射冷却に対抗する，中心のブラックホールの活動の寄与が意外に小さい可能性を示唆しており，銀河団衝突に起因する乱流によって冷却コアが加熱されると考える本研究の重要性が増したと言える．
全体に計算は順調に進んでいるが，明確な結果としてクレームするには気がかりな点が未だいくつか残っていて，それらを全て解消するには至っていないため，論文の準備は遅れ気味である．また，最近の観測で衝突におけるスロッシングが示唆されており，加熱の物理過程としてin-situ乱流加速からの加熱を考えるだけでいいのか調べる必要も出てきている．
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| Strategy for Future Research Activity |
テクニカルな課題：Fokker-Planckコードの改良については概ね順調に進んでいるが，インジェクション項の無いこの種の計算では，拡散項の積分方法や方程式の解法に依存して，微妙に異なるスペクトルが得られることがある．この問題は前年度から引き継いでいるものであるが，未だ完全には片付いていない．最終年度は，粒子のスペクトルから非平衡放射計算に研究を進めたいので，完璧を目指すよりもどのような扱いが妥当か近似的な手法も含めて検討したい．
サイエンスの課題：X線天文学衛星Hitomiの観測で，放射冷却に対抗する，銀河団中心のブラックホールの活動によるエネルギーがそれほど大きくないことが示唆された．この結果は，銀河団衝突に起因する乱流を加熱源とする本研究の意義を高めるものである．一方で，最近の観測で衝突の際のスロッシングの痕跡が示唆されて，放射冷却コアの加熱に局所的な衝撃波が関わる可能性も出てきた．電波のミニハローとの関係にも着目して，本研究での一様な乱流モデルが妥当な仮定か検討する必要がある．
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| Causes of Carryover |
物品の購入において，より高性能の仕様を選択すると予算が不足するため仕様を抑えた結果，差額で残金が生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
金額は5千円未満とわずかなので，翌年度の執行計画に大きな変更は生じない．
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Research Products
(5 results)
