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2018 Fiscal Year Annual Research Report

相対論的衝撃波における電子加速機構についての磁化強度σに対する包括的研究

Research Project

Project/Area Number 17H02877
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

松本 洋介  千葉大学, 大学院理学研究院, 特任准教授 (20397475)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 星野 真弘  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)
加藤 恒彦  国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 専門研究職員 (90413955)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords相対論的衝撃波 / 粒子加速 / ワイベル不安定 / PICシミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

PICシミュレーションによる相対論的衝撃波における電磁波放射及び粒子加速研究を引き続き進めた。
昨年度までは陽電子・電子系での2次元シミュレーションで磁場が面外配位の垂直衝撃波を明らかにしてきたが、今年度では面内磁場配位に着目し、上流磁場の様々な強度σを変えて研究を行った。その結果、σ>10^(-2)の比較的磁場が強い状況ではこれまでと同じ強度の電磁場が衝撃波面から放射されることがわかったが、予想外にも、σ<10^(-2)の磁場が弱い状況下においても強い電磁場が放射されることが明らかになった。衝撃波面近傍でのワイベル不安定性が局所的に強い磁場を作り、これによる放射効率が高まったと理解された。昨年度の成果と併せて、相対論的衝撃波では電磁場放射が普遍的に起こりうることを明らかにした(Iwamoto et al., Astrophys. J., 2018)。
また、イオン・電子系での大規模3次元PICシミュレーションを行い、イオンワイベル不安定による磁場生成とその飽和過程について世界で初めて明らかにした。3次元計算では強い磁場を長時間維持することが可能であることが明らかになり、これまでの研究で示された磁場の急速な散逸は2次元による次元制約であることを示した(Takamoto et al., Astrophys. J. Lett., 2018)。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画したように、これまで2次元相対論的衝撃波のダイナミクス・構造の研究が本課題によって大幅に進展している。また、その過程の中で、弱い上流磁場強度条件下でも電磁場放射が高強度で励起されることが明らかになるなど、予想外の成果も得られている。相対論的衝撃波で重要なワイベル不安定の基本的性質も、世界で初めて3次元計算を行い、3次元計算の重要性を示すことができた。

Strategy for Future Research Activity

これまでは、陽電子・電子プラズマ系での相対論的衝撃波のダイナミクスについて着目してきたが、今後はイオン・電子系プラズマでのダイナミクスについて明らかにしていく予定である。高強度の電磁場放射がイオン・電子系でも期待されることから、電磁場による電子の航跡場加速について着目し、電子加速について議論を進める。また、今年度の3次元ワイベル不安定の研究を踏まえて、陽電子・電子系での相対論的衝撃波の3次元構造についての研究も着手する。

  • Research Products

    (8 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] The Efficiency of Coherent Radiation from Relativistic Shocks2019

    • Author(s)
      Amano Takanobu、Iwamoto Masanori、Matsumoto Yosuke、Hoshino Masahiro
    • Journal Title

      In: Yamanouchi K., Tunik S., Makarov V. (eds) Progress in Photon Science. Springer Series in Chemical Physics

      Volume: 119 Pages: 371~383

    • DOI

      10.1007/978-3-030-05974-3_19

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Precursor Wave Emission Enhanced by Weibel Instability in Relativistic Shocks2018

    • Author(s)
      Iwamoto Masanori、Amano Takanobu、Hoshino Masahiro、Matsumoto Yosuke
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 858 Pages: 93~93

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aaba7a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetic Field Saturation of the Ion Weibel Instability in Interpenetrating Relativistic Plasmas2018

    • Author(s)
      Takamoto Makoto、Matsumoto Yosuke、Kato Tsunehiko N.
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 860 Pages: L1~L1

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aac6d6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Yosuke Matsumoto, Makoto Takamoto, Tsunehiko N. Kato2018

    • Author(s)
      Magnetic field saturation of the ion Weibel instability in interpenetrating relativistic plasmas
    • Organizer
      AAPPS-DPP 2st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 相対論的衝撃波のParticle-In-Cellシミュレーション2018

    • Author(s)
      松本洋介
    • Organizer
      宇宙線研小研究会「高エネルギー天体現象の多様性」
    • Invited
  • [Presentation] イオンワイベル不安定の飽和過程と磁場生成2018

    • Author(s)
      松本洋介、高本亮、加藤恒彦
    • Organizer
      日本地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • [Presentation] 3D PIC simulations of high-Mach-number shocks and associated electron accelerations2018

    • Author(s)
      Y. Matsumoto, T. Amano, T. N. Kato, and M. Hoshino
    • Organizer
      12th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cole-Karkkainen電磁場数値解法を用いた数値チェレンコフ放射の抑制特性2018

    • Author(s)
      松本洋介、細谷周平
    • Organizer
      日本地球惑星科学連合連合大会2018年大会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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