2023 Fiscal Year Annual Research Report
相対論的ドリフト電流を持つプラズマシートの磁気リコネクション
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20K20908
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
星野 真弘 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / 相対論的プラズマ / 粒子シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気リコネクションは、70年以上も前から、磁場を有するプラズマ中で、磁気エネルギーを効率よくプラズマの運動エネルギーや熱エネルギーに変換する素過程として研究が続けられている。しかし、複雑な磁場配位をもつプラズマシートでの磁気リコネクションの発生の条件や、またハリス解と呼ばれる単純な平衡状態であっても磁場エネルギーからプラズマ運動エネルギーへのエネルギー変換効率を定量的に理解することができていない。また近年は、高エネルギー天体現象において、熱エネルギーを凌駕する非熱的粒子を生成し、爆発的にX線やガンマ線を放射するメカニズムとしても注目されており、磁気リコネクションは基本的なプラズマ素過程として重要度が増してきている。
当初の目標であった電流層のドリフト速度が相対論になった時のリコネクションの成長への影響については、研究が順調に進捗し初年度で、ドリフト速度が相対論的速度になると、線形成長率がドリフト速度のローレンツ因子に逆比例して抑えられることを数値シミュレーションおよび解析的な線形理論で明らかにできた。そのため、一昨年から更に野心的かつ関連テーマとして、磁気リコネクションによるエネルギー分配問題についても研究を開始した。リコネクションによって磁場のエネルギーが散逸して熱的に熱いプラズマと非熱的粒子が形成されることはわかっているが、そのエネルギー分配については未解決であった。本課題の当初の目標に注目したドリフト速度も重要な支配パラメターであるが、それ以外に縦磁場効果なども重要であり、相対論的な温度と縦磁場の関数としてリコネクションのエネルギー分配について研究を進めた。
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