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2022 Fiscal Year Annual Research Report

宇宙線の加速・輸送における太陽圏境界の役割の解明

Research Project

Project/Area Number 19K03953
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

松清 修一  九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (00380709)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords太陽圏境界 / 宇宙線 / 粒子加速・輸送 / 微物理特性 / MHD計算 / フル粒子計算 / テスト粒子計算
Outline of Annual Research Achievements

ピックアップイオンを含む斜め衝撃波のPIC計算結果の解析を進めた。衝撃波で反射したピックアップイオンが上流に波動を励起し、これが太陽風とともに下流に伝搬して衝撃波下流の電磁場構造を大きく変えることがわかった。また一部のピックアップイオンは衝撃波ドリフト加速と呼ばれる機構を経て非熱的エネルギーにまで加速されることがわかった。非熱的成分の生成にはイオンジャイロ周期の逆数の100倍程度の時間が必用であることを確認した。この値は過去にハイブリッド計算で示された値とも整合的である。
3次元MHD計算データと組み合わせたテスト粒子計算では、太陽から50天文単位の位置に内側境界を設定し、ここに到達した宇宙線粒子の到達位置分布を調べた。粒子エネルギーが10GeV程度の宇宙線は高緯度領域に多く到達することがわかった。これは太陽磁場の極性が北向きの場合に見られる傾向で、終端衝撃波における磁場勾配ドリフト運動が原因であることがわかった。粒子エネルギーが1000GeV程度になると、粒子の到達位置のピークが中~低緯度領域になり、太陽圏尾部により多くの粒子が到達する傾向が見られた。結果をActa Physica Polonica B誌に発表した。またその後、計算で扱う粒子数を3百万個から10億個に増やして統計精度を上げた。その結果、内側境界に到達した宇宙線粒子の到達位置分布に複数のピークが確認できた。これらのピークがどのような粒子群によって形成されるのかの解析は今後の課題である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Alabama in Huntsville(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Alabama in Huntsville
  • [Journal Article] High-power laser experiment on developing supercritical shock propagating in homogeneously magnetized plasma of ambient gas origin2022

    • Author(s)
      Matsukiyo, S.; Yamazaki, R.; Morita, et al.
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 106 Pages: 025205(1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.106.025205

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Numerical study of statistical behaviors of galactic cosmic rays invading the heliosphere2022

    • Author(s)
      Yoshida, K.; Matsukiyo, S.; Washimi, H.; Hada, T.
    • Journal Title

      Acta Physica Polonica B Proceedings Supplement

      Volume: 15 Pages: 3-A20.1-6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonthermal electron acceleration at collisionless quasi-perpendicular shocks2022

    • Author(s)
      Amano, T.; Matsumoto, Y.; Bohdan, A.; Kobzar, O.; Matsukiyo, S.; Oka, M.; Niemiec, J.; Pohl, M.; Hoshino, M.
    • Journal Title

      Reviews of Modern Plasma Physics

      Volume: 6 Pages: 29

    • DOI

      10.1007/s41614-022-00093-1

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Particle acceleration by pickup process upstream of relativistic shocks2022

    • Author(s)
      Iwamoto, M.; Amano, T.; Matsumoto, Y.; Matsukiyo, S.; Hoshino, M.
    • Journal Title

      Astrophysical Journal

      Volume: 924 Pages: 108(1-14)

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac38aa

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High-power laser experiment forming a supercritical collisionless shock in a magnetized uniform plasma at rest2022

    • Author(s)
      Yamazaki, R. ; Matsukiyo, S. ; Morita, T. ; et al.
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 105 Pages: 025203(1-16)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.105.025203

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Bursty electron acceleration at nonstationary quasi-perpendicular shocks2023

    • Author(s)
      F. Otsuka
    • Organizer
      Workshop on Heliospheric Physics
  • [Presentation] Numerical simulation on invasion process of galactic cosmic rays into the heliosphere: Particle orbits and statistics2023

    • Author(s)
      K. Yoshida
    • Organizer
      Workshop on Heliospheric Physics
  • [Presentation] Properties of cosmic ray test particles in global MHD simulation of the heliosphere2022

    • Author(s)
      S. Matsukiyo, K. Yoshida, H. Washimi, T. Hada
    • Organizer
      EGU General Assembly 2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 定常太陽圏における銀河宇宙線の統計的なふるまいについて2022

    • Author(s)
      吉田 光太郎, 松清 修一, 鷲見 治一, 羽田 亨
    • Organizer
      JpGU meeting 2022
  • [Presentation] 太陽圏終端衝撃波における宇宙線異常成分の生成に関する数値実験2022

    • Author(s)
      竹下 裕文, 松清 修一, 吉田 光太郎, 鷲見 治一, 羽田 亨
    • Organizer
      JpGU meeting 2022
  • [Presentation] Shock Drift Acceleration and Betatron Acceleration of Electrons at Nonstationary Quasi-Perpendicular Shocks2022

    • Author(s)
      大塚 史子, 松清 修一, 岡 光夫
    • Organizer
      JpGU meeting 2022
  • [Presentation] Properties of cosmic ray test particles invading the virtual heliosphere in global MHD simulation2022

    • Author(s)
      S. Matsukiyo, K. Yoshida, H. Washimi, T. Hada
    • Organizer
      20th Annual International Astrophysics Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electron betatron and shock drift acceleration at reforming quasi-perpendicular shocks2022

    • Author(s)
      大塚 史子, 松清 修一
    • Organizer
      第152回 SGEPSS講演会
  • [Presentation] ピックアップイオンを含む斜め衝撃波の運動論的2次元構造2022

    • Author(s)
      松清 修一, 松本 洋介
    • Organizer
      第152回 SGEPSS講演会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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