2014 Fiscal Year Research-status Report
太陽圏外縁部に分布する高エネルギー粒子の生成機構の解明
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25400475
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
坪内 健 東京工業大学, 理工学研究科, 流動研究員 (60397601)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 宇宙科学 / 宇宙空間 / 宇宙線 / 超高層物理学 / プラズマ・核融合 / 粒子加速 / 太陽圏 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽風プラズマで占められた領域「太陽圏」が銀河系内の星間物質と接触する圏界面内部に分布しているkeVからMeV領域の高エネルギー粒子生成を担う物理過程について、特に以下の内容に関する前年度の研究を進展させて詳細な理解に至った。
（１）太陽圏外縁部に存在する高エネルギープラズマは、終端衝撃波で加速される以前に太陽圏内部での補助的な加速を受けている必要がある。星間中性粒子が帯電して太陽風磁場に捕捉されたピックアップイオンがその最有力な粒子源であり、太陽風プラズマに比べてより長時間衝撃波面に捕捉された結果、より効率的なドリフト加速が可能となることを２次元シミュレーションで示した。特に衝撃波の生成源となる高速ー低速太陽風の出現パターンが連続する状況で複数の衝撃波を往復しながら同様の加速を繰返し受けた結果、150keVを超える辺りから更に加速効率の高い拡散過程へ移行し、最終的に300keVに達することを確認した。これは終端衝撃波においてMeV領域まで加速されるために必要となる初期エネルギーの条件を充分満たすことを期待できる結果となった。
（２）磁気圏観測衛星Geotailがバウショック下流で観測したヘリウムイオンのリングビーム分布が、衝撃波通過後のプロトンとの速度差から生じる磁場によるピックアップ過程で生成されたことを立証した1次元数値シミュレーションを更に2次元に拡張したところ、1次元結果と比較してリング分布が短時間で崩壊する結果となった。これは励起される波動の自由度が増えることによってビームがより散乱されやすくなったことを示唆し、ピックアップイオンの安定性を議論する上で前年度に得られた太陽風条件に更に制限を付けることを確認した。
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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
本研究を通じ、研究目的である太陽圏外縁部に分布する高エネルギー粒子源としてのピックアップイオンの太陽圏内部におけるダイナミクス、特に高エネルギー領域への到達プロセスについて、粒子コードを用いた数値シミュレーションによって更に理解を深められてきた。３次元シミュレーションコードの実装にはまだ時間を要するものの、２次元計算結果からは１次元では得られない空間非一様性に起因する加速効率の向上を確認するなど、より現実的な状況の検証が可能となってきており、本研究課題の目的の達成に向けた研究が着実に遂行されている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度に向けて、当初の研究計画にしたがって電流シートなどの電磁場構造の埋め込み・ヘリウムや酸素など重イオン成分の混在といったシミュレーションモデルの拡張を図り、太陽圏外縁部プラズマ環境の数値モデリングおよびこれに適合するシミュレーションコードの開発を進めていく。論文・学会発表等を通じた成果公開も積極的に行っていくとともに、研究コミュニティを拡大する目的で研究集会を開催する。
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| Causes of Carryover |
大容量ファイルストレージの購入金額が予定より安く済んだ。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
論文出版費や学会投稿料などの成果発表に転用する。
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