2015 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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| 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 – 2017-03-31
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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 / 乱流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の降着円盤でのプラズマ物理研究の実績として、まず昨年度からスタートした赤道面内での2次元系プラズマ不安定について研究を発展させた。非一様な密度勾配（もしくは磁場勾配）があると、勾配を自由エネルギーとして新しい不安定モードがあることを見出していたが、この非線形発展を定量的に求めるために、2次元の電磁流体シミュレーションも行い、新しく発見した不安定モードが、従来の磁気回転不安定性に加えて、角運動量輸送に大きく寄与することを明らかにし、論文にまとめた。
もうひとつの研究実績は、降着円盤でのマクロ系とミクロ系の競合過程に着目した粒子コードを用いた3次元粒子計算である。昨年度までにほぼ明らかにした、磁気リコネクションにより作られる圧力非等方性が角運動量輸送を促進する効果を更に調べるために、速度空間でのピッチ角散乱を人工的にコントロールすることで、圧力非等方性の効果について調べた。昨年度論文に出版した結論と一致する結果が得られているが、ピッチ角散乱モデルの妥当性については、今後慎重な検討が必要と考えられる。
また今回の無衝突系での降着円盤の研究で、磁気リコネクションが磁気回転不安定に及ぼす影響は、電磁流体近似とはことなり、ミクロ過程としての圧力非等方性を通して非常に重要であることがわかった。特にダイナモ作用によって生成された磁場を散逸するメカニズムに磁気リコネクションの果たす役割は重要であり、今後ダイナモ作用による磁場生成の駆動中のリコネクション研究が必要と考えられる。
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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
電磁流体計算と粒子計算を組み合わせて、降着円盤におけるプラズマ素過程の研究を行い、当初予定していた粒子加速の可能性を議論するだけでなく、磁気リコネクションによる圧力非等方性（ミクロ過程）が降着円盤全体の角運動量輸送（マクロ過程）に大きく寄与することが出来た。しかし、磁気回転不安定中の磁場ダイナモ効果によって生成された磁場が、磁気リコネクションによって散逸されるメカニズムの解明は不十分であり、今後の課題としたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気回転不安定の非線形段階で起きている磁気リコネクションによる磁場散逸で、圧力非等方性が重要であることがわかったが、磁気リコネクション過程は、磁気回転不安定中の磁場ダイナモ作用と同時に起きている複合過程である。そのため、当初予想できなかったことであるが、磁気リコネクションの電流層を形成しながら起きる磁場散逸を考えることは重要である考えられるようになってきた。今後の研究推進の方策として、無衝突系での外部駆動型磁気リコネクションのエネルギー散逸過程を慎重に調べることが必要だと考えている。
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| Causes of Carryover |
これまで概ね予定通りの成果は得られ、また予想外の新しい発見としても、マクロ過程である角運動量輸送にミクロなプラズマ過程が本質的な役割を果たす、磁気リコネクションの圧力非等方性効果が見出された。しかしこの一連の研究の中で、磁気リコネクションの果たす役割が予想以上に大きいことが分かってきて、特に磁気エネルギー開放を支配するメカニズムについても更なる見当が必要と判断した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
高額の備品については予定していない。旅費および論文出版費、その他消耗品で使用する予定である。
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