2022 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) |
大平 豊 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40589347)
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)
古家 健次 国立天文台, 科学研究部, 特任助教 (80783711)
高棹 真介 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (90794727)
木村 成生 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20865795)
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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 / 磁気流体力学 / 数値シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では星形成過程・原始惑星系円盤において、非理想磁気流体効果や化学反応において重要となる宇宙線や高エネルギー光子による電離過程を取り入れた新たなモデルを構築する。今年度は前年度に引き続いてコードの開発と星形成・原始惑星系円盤におけｒ宇宙線加速の理論モデルの構築を行った。
当初、宇宙線の伝播を解く手法として運動論方程式のゼロ次モーメントのみを解く拡散近似に基づく手法を選択したが、その後検討を重ね、１次モーメントまで解く手法に光速制限法を組み合わせた手法（Jiang & Oh 2018, Armillotta et al. 2021）の方が性能及び精度の両面で有利であることからこちらの手法に切り替えて、コードの開発を進めている。
我々のシミュレーション(Takasao et al. 2019)から、激しくガス降着を起こしている若い原始惑星系円盤では、星磁場と円盤磁場の磁気リコネクションにより、太陽フレアよりも何桁もエネルギーの高い原始星フレアが駆動されることが分かった。太陽ではフレアに伴って高エネルギーの宇宙線が加速されていることが知られている。そこで、太陽フレアでの宇宙線加速とそれに伴うガンマ線放射を再現するようなモデルを構築し、これを拡張して原始星フレアにおける宇宙線加速と高エネルギー放射の理論モデルを構築した。その結果、原始星フレアは原始惑星系円盤の形成と進化に影響を与えうる宇宙線源となりえることがわかった。この成果はKimura et al. 2023として出版した。
また、本研究で使うAthena++コードの新しい自己重力ソルバに関する論文（Tomida & Stone 2023, ApJS）を投稿し、受理された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
宇宙線伝播コード開発について、当初の計画から使用する手法を変更したが、このような検討はコード開発には不可避のものであり、大きな遅れとは考えていない。また、原始星フレアからの宇宙線及び高エネルギー放射の理論モデルを構築して論文として出版した。全体として概ね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
一次モーメント法に基づく宇宙線伝播コードを次年度内に完成させ、これを非理想磁気流体効果と組み合わせた星形成過程のシミュレーションを行う。並行して宇宙線粒子ソルバの開発を進め、ポストプロセスで宇宙線の分布をより精密に計算する手法を構築する。
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