2021 Fiscal Year Annual Research Report
Exploration of high-energy astrophysical phenomena in star and planet formation processes
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21H04487
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
富田 賢吾 東北大学, 理学研究科, 准教授 (70772367)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩崎 一成 国立天文台, 天文シミュレーションプロジェクト, 助教 (50750379)
高棹 真介 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (90794727)
大平 豊 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40589347)
古家 健次 国立天文台, 科学研究部, 特任助教 (80783711)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 星形成 / 原始惑星系円盤 / 宇宙線 / 数値シミュレーション / 磁気流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では星形成過程及び原始惑星系円盤のシミュレーションに、特に非理想磁気流体効果や化学反応に重要となる電離率を精密に計算するための、宇宙線及び高エネルギー光子の効果を取り入れた新たな理論モデルを構築する。Athena++コードに宇宙線の効果を取り入れるため、新たに粒子として宇宙線の運動を追跡するコードと、連続体として宇宙線を取り扱うコードを開発する。前者は精密であるが高コストなため、ポストプロセスとして宇宙線の分布や運動を調べるために用い、後者の手法を用いて磁気流体力学シミュレーションと結合した計算を行う。
今年度は主にシミュレーション手法の検討を行った。宇宙線粒子ソルバとしてはGuiding Center近似を用いた手法を用い、宇宙線伝播シミュレーションには拡散近似を用いた手法を用いることが妥当であると結論した。後者について、自己重力ソルバとして開発したMultigrid法のコードを応用して、時間依存する拡散方程式を解くテストを行った。
また、星形成過程・原始惑星系円盤に内在する宇宙線の加速源を議論した。星形成過程ではジェット及び原始星表面の降着流などで衝撃波が存在する。また、我々のシミュレーション(Takasao et al. 2019)から、円盤と星の磁場の相互作用により活発な磁気リコネクションが起こることもわかっている。特に後者について理論的な検討を行い、十分なエネルギーの宇宙線加速が可能であることを明らかにした。現在これについて論文執筆を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウイルス感染症の流行により共同研究者間でミーティングを持つことが難しく、またオンライン授業や会議への対応等研究以外の業務の負担も増したため、コードの開発が当初予定よりは進まなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は予定通りコードの開発を進め、宇宙線伝播コードと宇宙線粒子コードを開発する。また、原始惑星系円盤中でのフレアにおける宇宙線加速の理論モデルについて論文を出版する。
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