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2011 Fiscal Year Research-status Report

銀河・銀河団内の宇宙線とそれが母天体に与える影響

Research Project

Project/Area Number 23540308
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

藤田 裕  大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10332165)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywords国際研究者交流 / イギリス / 高エネルギー宇宙物理学 / 宇宙線
Research Abstract

宇宙線の加速と拡散を調べるため、流体、宇宙線粒子の両方の分布の時間進化を同時に解く特殊な数値シミュレーションコードを開発した。銀河での宇宙線の運動量の範囲は9桁以上にも及び、そのため宇宙線の特徴的な空間スケールもその分変わる。また宇宙線が衝撃波で加速する場合は、衝撃波前面の流体に小さいスケールの precursor と呼ばれる構造ができるが、その構造は宇宙線の加速に大きな影響を与える。このような広い範囲に渡る空間スケールの変化を取り扱うためには、数値計算コード中で空間メッシュを設定するときに工夫が必要であった。そのためこの種のコードを開発したグループは世界的にも少なく、コードを開発できたことで国際的に大きなアドバンテージとなった。 このコードを実際に使用し、超新星残骸の衝撃波で加速された宇宙線粒子が、超新星残骸から脱出したときに粒子のエネルギースペクトルはどのようになるか調べた。その結果、宇宙線はプラズマ不安定性により自ら星間ガス中に波を発生させ、その波との相互作用で、星間空間への拡散は大きく遅れることが明らかになった。この遅れのため、粒子のエネルギースペクトルは大きく変形される。 また宇宙線が、宇宙最大の天体、銀河団に与える影響についても調べた。銀河団の中心部のコアは正体不明の加熱源によって冷却が阻止されている可能性が指摘されているが、その加熱源が宇宙線である可能性について調べた。その結果、宇宙線はコアを安定に加熱できることが明らかになった。また、宇宙線は電波を放射すると予想されるが、その予想が、銀河団の電波放射の観測とよく一致することも示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、流体、宇宙線粒子の両方の分布の時間進化を同時に解く数値シミュレーションコードを開発することができた。さらにそのコードを利用して、超新星残骸での粒子の加速と粒子の星間空間への拡散について調べることができ、すでに学術論文として発表した。

Strategy for Future Research Activity

銀河系内の宇宙線の加速と星間空間への拡散について調べた平成23年度の成果をもとに、銀河系外天体での宇宙線の振る舞いについて調べる。たとえば銀河団中の宇宙線は周囲の銀河団ガスを加熱するはずである。特に銀河団の中心部は宇宙線を加速する活動銀河核が存在するので、宇宙線加熱がこの領域のエネルギーの長期的なバランスに重要な役割を果たしているかもしれない。銀河団の中心部には銀河団ガスを加熱する未知のメカニズムがあると言われており(cooling flow 問題)、宇宙線がその加熱源として適当かどうか調べる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成23年度は新型のCPUを備えたワークステーションの購入を予定していたが、そのCPUの開発が遅れたため、平成23年度中には購入できなかった。平成24年度には購入し、大規模な数値シミュレーションを行いたい。 また、成果発表、研究交流のための旅費を予定している。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] Non-thermal Emissions from Cool Cores Heated by Cosmic-Rays in Galaxy Clusters2012

    • Author(s)
      Y. Fujita, & Y. Ohira
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: Volume 746, Issue 1 Pages: 7

    • DOI

      10.1088/0004-637X/746/1/53

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Star Formation in the Cometary Tails Associated with Cluster Galaxies2011

    • Author(s)
      T. Yamagami, & Y. Fujita
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: Volume 63, Issue 6 Pages: 1165-1169

    • URL

      http://pasj.asj.or.jp/v63/n6/630611/630611-frame.htm

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stable Heating of Cluster Cooling Flows by Cosmic-Ray Streaming2011

    • Author(s)
      Y. Fujita, & Y. Ohira
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: Volume 738, Issue 2 Pages: 7

    • DOI

      10.1088/0004-637X/738/2/182

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alfven Wave Amplification and Self-Containment of Cosmic-Rays Escaping from a Supernova Remnant2011

    • Author(s)
      Y. Fujita, F. Takahara, Y. Ohira, & K. Iwasaki
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 415 Pages: 3434-3438

    • DOI

      10.1111/j.1365-2966.2011.18980.x

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 宇宙線で加熱された銀河団コアからの放射2012

    • Author(s)
      藤田裕
    • Organizer
      日本天文学会春季年会
    • Place of Presentation
      龍谷大学
    • Year and Date
      2012年3月19日
  • [Presentation] Cosmic-Ray Streaming による銀河団コアの加熱2011

    • Author(s)
      藤田裕
    • Organizer
      日本天文学会秋季年会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      2011年9月19日
  • [Presentation] Alfven WaveAmplification and Self-Containment of Cosmic-Rays Escaping from a Supernova Remnant2011

    • Author(s)
      Y. Fujita
    • Organizer
      Cosmic rays and their interstellar medium environment
    • Place of Presentation
      Montpellier, France
    • Year and Date
      2011年6月29日
  • [Presentation] 銀河団の宇宙線からの放射2011

    • Author(s)
      藤田裕
    • Organizer
      銀河団研究会(招待講演)
    • Place of Presentation
      箱根強羅、静雲荘
    • Year and Date
      2011年12月19日
  • [Presentation] 銀河団の宇宙線による加熱2011

    • Author(s)
      藤田裕
    • Organizer
      高エネルギー宇宙物理研究会(招待講演)
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2011年12月17日
  • [Presentation] Escape of Cosmic Rays from Supernova Remnants2011

    • Author(s)
      Y. Fujita
    • Organizer
      High Energy Astroparticle Physics 2011 - Gamma-Ray Universe: Fermi to CTA
    • Place of Presentation
      高エネルギー加速器研究機構
    • Year and Date
      2011年11月13日
  • [Presentation] 銀河団コアの宇宙線による加熱2011

    • Author(s)
      藤田裕
    • Organizer
      第11回高宇連研究会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      20110809-11

URL: 

Published: 2013-07-10  

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