2013 Fiscal Year Annual Research Report
無衝突系の降着円盤における磁気回転不安定と粒子加速
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25287151
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
星野 真弘 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90241257)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 降着円盤 / 粒子加速 / 角運動量輸送 / 磁気リコネクション / 磁気回転不安定 |
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| Research Abstract |
宇宙プラズマ中での降着円盤は重力回転系の普遍的な構造であり、これまで宇宙物理学の重要問題として、この降着円盤を維持する角運動量や物質輸送を担う機構が研究されてきた。特に、磁気回転不安定(MRI)は乱流輸送を担う最も重要なメカニズムであることが示唆され、最近ではその非線形発展を理解するために、電磁流体近似のもとでの数値シミュレーションが世界中で行われてきた。本研究では、この過去の電磁流体シミュレーションによる衝突系での降着円盤の研究を発展させて、ガスの平均自由行程が降着円盤のスケールよりも大きい無衝突系での降着円盤でのMRI不安定性について考察することにした。無衝突系の降着円盤は、ブラックホール近傍などの大質量中心天体の回りに出来ていると示唆されており、今後の研究が必要な重要テーマとして位置づけられる。
本計画の初年度の研究として、(1)まず降着円盤における局所座標系でのプラズマ粒子計算コードを独自に開発し、(2)このコードを用いて空間2次元・子午面での磁気回転不安定(MRI)の非線形発展を調べることとした。研究実績としては、(1)のコード開発においては、3次元でも計算可能となるShearing Box Boundaryの境界条件を実装することに成功し、また時間発展に部分的に陰解法を導入することで、長時間安定に計算できるコードを開発した。特に部分的な陰解法については新しいアイデアであり、すでに論文に纏めた。(2)次にこのコードで行った2次元子午面でのMRIの非線形発展の数詞シミュレーションでは、MRIダイナモによって作られた磁場により磁気リコネクションが活発に発生し、相対論的エネルギーを持った高エネルギー粒子が生成されることが明らかになった。重力により中心天体に向かって落下するガスが磁場を増強させ、その磁場はリコネクションによって効率よく高エネルギー粒子生成に変換されるメカニズムを明らかにした。これについても論文に纏めた。
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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
粒子コード開発が予定よりも順調に進んだため、2次元MRIの非線形計算を予定より早めに実施することが出来た。そのため、研究成果も当初の目的どおりに得ることが出来た。成果は、ジャーナル論文(Astrophysical Journal)に投稿して受理された。
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| Strategy for Future Research Activity |
2次元コードを用いて、赤道面での不安定についても考察する。特に乱流の発生について研究を行う。また2次元計算と平行して、2次元コードを3次元コードへと拡張すると同時に、計算速度を上げるために最適化を行う予定である。将来的には3次元コードを用いて、降着円盤における無衝突系での角運動量輸送を調べることで、衝突系よりも無衝突系のが輸送率が向上するのではないかとの仮説を検証する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
成果発表のための大型カラープリンターの導入を検討していたが、数年前に購入したものでも当面は利用に耐えることがわかった。そのため導入時期を一年先に延ばしたのが主な理由である。
昨年度購入を差し控えた大型カラープリンターを今年度導入する予定である。
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