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2018 Fiscal Year Annual Research Report

直接観測に基づく衝撃波電子加速の実証的理論モデルの確立

Research Project

Project/Area Number 17H02966
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

天野 孝伸  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (00514853)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松清 修一  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709)
Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywordsプラズマ / 粒子加速 / 宇宙線 / 衝撃波
Outline of Annual Research Achievements

地球のバウショックで観測される高周波のホイッスラー波についての解析を進め,その微細構造について議論した.特に顕著な電子加速が見られるイベントについては,波動の偏波解析の結果から継続時間が数10ms程度のホイッスラー波束が散発的に見られ,その伝播方向は局所的な磁力線に平行・反平行で激しく変動することが分かった.また,本研究で構築した理論モデルとバウショック観測との予備的な比較を行った.衝撃波遷移層における高周波波動強度の増大,およびそれと同期した高エネルギー電子フラックスの増大など,理論と観測が定性的には良い一致を示すことが分かった.

数値シミュレーション研究においては,2次元の粒子シミュレーション結果の解析から,高エネルギー電子加速にはホイッスラー波や,それよりも低周波・長波長のAlfven波が重要な働きをしていることを示唆する結果を得た.加速された電子の軌道はエネルギーの低い初期には高周波のホイッスラー波によって,ある程度エネルギーを得た後には低周波のAlfven波によって散乱されたと考えると本研究の理論モデルと定性的には整合的である.この過程で,散乱体として重要なホイッスラー波の励起過程を抑えるためにシミュレーションから得られた速度分布関数を用いた線形解析を試みたが,複雑な分布のため標準的な手法は使えないことが分かった.この結果を受けて,任意の速度分布関数について線形解析を行う手法を考案した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでのところでは新規理論の構築や,理論と観測データおよび数値シミュレーションとの比較についても概ね順調に研究を進めることが出来ていると評価する.

Strategy for Future Research Activity

観測データ解析においては,定性的な一致が確かめられた理論との比較をより定量的に行うことが一義的には重要である.特に理論で予測されている最大エネルギーと電子の散乱効率との間の一対一の関係性が満たされているかどうかを評価することによって,より直接的に理論の実証が可能となる.

  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Theory of Stochastic Shock Drift Acceleration for Electrons in the Shock Transition Region2019

    • Author(s)
      Katou Takuma、Amano Takanobu
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 874 Pages: 119~119

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab0d8a

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ion Energies Dominating Energy Density in the Inner Magnetosphere: Spatial Distributions and Composition, Observed by Arase/MEP‐i2018

    • Author(s)
      Keika K.、Kasahara S.、Yokota S.、Hoshino M.、Seki K.、Nos? M.、Amano T.、Miyoshi Y.、Shinohara I.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 45 Pages: 12,153~12,162

    • DOI

      10.1029/2018GL080047

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Butterfly Pitch Angle Distributions of Relativistic Electrons in the Outer Radiation Belt With a Monochromatic Pc5 Wave2018

    • Author(s)
      Kamiya K.、Seki K.、Saito S.、Amano T.、Miyoshi Y.
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research: Space Physics

      Volume: 123 Pages: 4679~4691

    • DOI

      10.1002/2017JA024764

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Statistical Study of Slow-Mode Shocks Observed by MMS in the Dayside Magnetopause2018

    • Author(s)
      Walia N. K.、Seki K.、Hoshino M.、Amano T.、Kitamura N.、Saito Y.、Yokota S.、Pollock C. J.、Giles B. L.、Moore T. E.、Torbert R. B.、Russell C. T.、Burch J. L.
    • Journal Title

      Geophysical Research Letters

      Volume: 45 Pages: 4675~4684

    • DOI

      10.1029/2018GL077580

    • 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] A generalized quasi-neutral fluid-particle hybrid plasma model and its application to energetic-particle-magnetohydrodynamics hybrid simulation2018

    • Author(s)
      Amano Takanobu
    • Journal Title

      Journal of Computational Physics

      Volume: 366 Pages: 366~385

    • DOI

      10.1016/j.jcp.2018.04.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Theory, modeling, and integrated studies in the Arase (ERG) project2018

    • Author(s)
      Seki Kanako、Miyoshi Yoshizumi、Ebihara Yusuke、Katoh Yuto、Amano Takanobu、Saito Shinji、Shoji Masafumi、Nakamizo Aoi、Keika Kunihiro、Hori Tomoaki、Nakano Shin’ya、Watanabe Shigeto、Kamiya Kei、Takahashi Naoko、Omura Yoshiharu、Nose Masahito、Fok Mei-Ching、Tanaka Takashi、Ieda Akimasa、Yoshikawa Akimasa
    • Journal Title

      Earth, Planets and Space

      Volume: 70 Pages: 17

    • DOI

      10.1186/s40623-018-0785-9

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Cosmic-ray acceleration via astrophysical coherent radiation2018

    • Author(s)
      Amano, T., Iwamoto, M., Matsumoto, Y., Hoshino, M.
    • Organizer
      ISVHECRI 2018 (20th International Symposium on Very High Energy Cosmic Ray Interactions)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stochastic Shock Drift Acceleration for Electrons2018

    • Author(s)
      Amano, T., Katou, N., Matsumoto, Y., Hoshino, M.
    • Organizer
      EASW8 (8th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical Plasmas)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Nonthermal Electron Acceleration at Earth’s Bow Shock: Theory, Simulation and Observation2018

    • Author(s)
      Amano, T., Katou, N., Kitamura, N., Matsumoto, Y., Oka, M., Hoshino, M.
    • Organizer
      ISSS-13 (The 13th International School/Symposium for Space Simulations)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional Particle-In-Cell Simulations for High Mach Number Collisionless Shocks2018

    • Author(s)
      Amano, T., Katou, N., Kitamura, N., Matsumoto, Y., Oka, M., Hoshino, M.
    • Organizer
      AAPPS-DPP 2018 (2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Prolonged Acceleration of Non-Thermal Electrons In A High Mach Number Shock Transition Region2018

    • Author(s)
      Amano, T., Matsumoto, Y., Katou, T., Hoshino, M.
    • Organizer
      COSPAR 2018
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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