2015 Fiscal Year Annual Research Report
パルサー終端衝撃波における新しい粒子加速過程の探求
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25871054
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
銭谷 誠司 国立天文台, 理論研究部, 特任助教 (10623952)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | プラズマ粒子シミュレーション / 相対論 / 磁気リコネクション / 衝撃波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ粒子シミュレーションで、相対論的高温かつ高速な流れを設定する基本アルゴリズムを開発した。プラズマ粒子分布全体をローレンツ変換する際に、空間要素の収縮を調整するための棄却法と、特殊な場合に棄却を回避するフリップ法を提案した。
次に、相対論的高速流の粒子シミュレーション結果の解析段階で浮上した基本問題を検討した。相対論粒子シミュレーション研究では、計算結果の粒子データを使ってプラズマの流体量（統計量）を議論する方法がそもそも確立していない。そこで我々は、輻射流体力学で使われる枠組みを転用することを提案し、新手法が有効な応用問題として、電子・陽電子系の相対論的磁気リコネクションにおける高速リコネクションの維持機構を議論した。磁束を輸送するリコネクション電場を新しい手法で評価した結果、相対論でのみ現れる heat flow 項が重要であることを突き止めた。言い換えると、相対論ではエネルギーと質量が等価であるため、相対論的高エネルギーのプラズマ粒子のもつエネルギー流そのものが、実効的な慣性（質量）として働いていることがわかった。
プロジェクト全体を見渡すと、当初の目的に関わる研究手法・解析手法そのものを深く検討して、新手法を確立する方向に研究が進んできた。これらは磁気リコネクションや衝撃波といったそれぞれの物理素過程を離れて、相対論プラズマの運動論研究という分野全体の基盤になるものである。その一方で、当初計画していた応用研究には十分な時間を割くことができなかった。シミュレーション結果の解析・議論は今後さらに引き継いでいく。
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[Journal Article] Theory and Modeling for the Magnetospheric Multiscale Mission2016
Author(s)
M. Hesse, N. Aunai, J. Birn, P. Cassak, R. E. Denton, J. F. Drake, T. Gombosi, M. Hoshino, W. Matthaeus, D. Sibeck, and S. Zenitani
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Journal Title
Space Science Reviews
Volume: 199
Pages: 577-630
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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