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非一様な媒質中を伝播する無衝突衝撃波中の磁場生成機構の解明

Research Project

Project/Area Number 17J03893
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
Research InstitutionAoyama Gakuin University

Principal Investigator

冨田 沙羅  青山学院大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsガンマ線バースト / 衝撃波 / 磁場 / プラズマ物理 / プラズマ / 不安定性
Outline of Annual Research Achievements

宇宙で最大級に明るく輝くγ線バースト(Gamma-Ray Burst, 以下GRBと略す)の正体は未解明である。GRBに続く残光は、起源天体の爆発による噴出物質とGRB周辺の希薄な物質との衝突で生じる、相対論的(光の速度に近い速度を持つ)無衝突衝撃波で加速された電子の放射であり、GRBの正体解明に重要な情報を与えると期待される。しかし、衝撃波での磁場増幅機構や電子加速機構、そして放射機構の物理は未解明である。この問題はGRBだけでなく活動銀河核のジェットやパルサー風星雲など様々な天体現象にも関する重要な課題である。これまで主に調べられてきたのは一様な周辺媒質中を伝播する衝撃波でのエネルギー散逸機構であった。このとき、ワイベル不安定性によって生成される磁場は残光放射時間より早く減衰してしまうのが問題であった。本研究では、周辺媒質にあるマクロスケールの密度揺らぎが、衝撃波で働くミクロなプラズマの運動に与える影響に着目した。そこで、2次元プラズマ粒子シミュレーションを用いて、世界で初めて非一様媒質中を伝播する相対論的無衝突衝撃波での磁場増幅過程を調べた。 その結果、一様な場合での磁場増幅機構に加え、新たに以下の 3 つの磁場生成機構を発見した。
1.下流で空間的非等方な密度構造から生成される温度非等方性に起因するワイベル不安定性
2.衝撃波上流での長波長な磁場揺らぎを生成するプラズマ不安定性
3.下流へ伝播する音波から生成される、温度非等方性に起因するワイベル不安定性
これら3つの磁場生成機構はいずれもGRB残光放射に十分寄与する可能性がある。さらに、上記の磁場生成機構がGRB残光で働いてるならば、GRB親星周辺の密度揺らぎの波長が星間空間の典型値よりも十分小さく、従ってGRB親星の周辺環境が我々の銀河とは異なることが示唆された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (30 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Weibel-mediated Shocks Propagating into Inhomogeneous Electron-Positron Plasmas2019

    • Author(s)
      Tomita Sara、Ohira Yutaka、Yamazaki Ryo
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 886 Issue: 1 Pages: 54-54

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab4a10

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  • [Journal Article] Particle-in-Cell Simulations of Relativistic Weibel-Mediated Shocks Propagating into Inhomogeneous Media2019

    • Author(s)
      Tomita Sara、Ohira Yutaka
    • Journal Title

      Proceedings of Science

      Volume: PoS(ICRC2019)444 Pages: 1-5

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  • [Journal Article] Full particle-in-cell simulation of the interaction between two plasmas for laboratory experiments on the generation of magnetized collisionless shocks with high-power lasers2019

    • Author(s)
      Umeda Takayuki、Yamazaki Ryo、Ohira Yutaka、Ishizaka Natsuki、Kakuchi Shin、Kuramitsu Yasuhiro、Matsukiyo Shuichi、Miyata Itaru、Morita Taichi、Sakawa Youichi、Sano Takayoshi、Sei Shuto、Tanaka Shuta J.、Toda Hirohumi、Tomita Sara
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 26 Issue: 3 Pages: 032303-032303

    • DOI

      10.1063/1.5079906

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anomalous plasma acceleration in colliding high-power laser-produced plasmas2019

    • Author(s)
      T. Morita, K. Nagashima, M. Edamoto, K. Tomita, T. Sano, Y. Itadani, R. Kumar, M. Ota, S. Egashira, R. Yamazaki, S. J. Tanaka, S. Tomita, S. Tomiya, H. Toda, I. Miyata, S. Kakuchi, S. Sei, N. Ishizaka, S. Matsukiyo, Y. Kuramitsu, Y. Ohira, M. Hoshino, and Y. Sakawa
    • Journal Title

      Physics of Plasmas

      Volume: 26 Issue: 9 Pages: 090702-090702

    • DOI

      10.1063/1.5100197

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Relativistic Unmagnetized Collisionless Shocks Propagating into the Inhomogeneous Media2017

    • Author(s)
      S. Tomita and Y. Ohira
    • Journal Title

      Proceedings of Science

      Volume: 873 Pages: 1-7

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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝播する相対論的無衝突衝撃波のParticle-in-cell simulation2020

    • Author(s)
      冨田沙羅、大平豊
    • Organizer
      日本天文学会2020春季年会
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  • [Presentation] Weibel Mediated Shocks Propagating into the Inhomogeneous Media2019

    • Author(s)
      Sara Tomita, Yutaka Ohira
    • Organizer
      High Energy Phenomena in Relativistic Outflows VII
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Particle-in-Cell simulations of Relativistic Weibel-mediated shocks Propagating into Inhomogeneous Media2019

    • Author(s)
      Sara TOMITA, Yutaka Ohira
    • Organizer
      The 36th International Cosmic Ray Conference
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非一様媒質中を伝播する相対論的無衝突衝撃波での磁場増幅2019

    • Author(s)
      冨田沙羅、大平豊
    • Organizer
      高エネルギー宇宙物理学研究会2019
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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝播する相対論的無衝突衝撃波における磁場増幅程2019

    • Author(s)
      冨田沙羅、大平豊、山崎了
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  • [Presentation] Comparison of magnetic reconnections driven by external magnetic field and self-generated magnetic field in laser produced plasmas2019

    • Author(s)
      境 健太郎, 羽原英明, 南卓海, 檜原崇正, 坂和洋一, 佐野孝好, 藤岡慎介, 小島完興, 坂田匠平, S. H. Chen, Y. L. Liu, N. Khasanah, C. W. Peng, T. Y. Huang, N. Bolouki, 諫山翔伍, H. H. Chu, 松清修一, 富田 健太郎, 森田太智, 佐藤裕太, 内野喜一郎, 山崎了, 冨田沙羅, 高部英明, 星野真弘,蔵満康浩
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高出力レーザーを用いた磁気リコネクション実験における局所プラズマ・磁場計測2019

    • Author(s)
      森田太智, 枝本雅史, 西岡裕輝, 佐野孝好, 太田雅人, 江頭俊輔, 泉智大, 松清修一, 堀江由実, 樋口琢海, 山崎了, 田中周太, 遠田裕史, 宮田親, 角地真, 瀬井柊人, 石坂夏規, 冨田沙羅, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 高山紗良, 富田 健太郎, 蔵満康浩, 境健太郎, 南卓海, 坂和洋一
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次 大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大型レーザー 激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(1):実験デザインの決定2019

    • Author(s)
      角地真, 山崎了, 田中周太, 冨田沙羅, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 瀬井柊人, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 坂和洋一, 佐野孝好, R. Kumar, 蔵満康浩, 松清修一, 森田太智, 富田健太郎, 枝本雅史, 星野真弘, 大平豊, 石井彩子, 大西直文, 梅田 隆行, 米田仁紀, 小沼杏奈, 竹崎太智
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(2)輻射流体およびプラズマ粒子シミュレーションの結果との比較2019

    • Author(s)
      瀬井柊人, 山崎了, 田中周太, 冨田沙羅, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 石坂夏槻, 角地真, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 坂和洋一, 佐野孝好, R. Kuma, 蔵満康浩, 松清修一, 森田太智, 富田健太郎, 枝本雅史, 星野真弘, 大平豊, 石井彩子, 大西直文,梅田隆行, 米田仁紀, 小沼杏奈, 竹崎太智
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 大型レーザー激光XII号を用いた磁化プラズマ中を伝播する無衝突衝撃波の生成実験(3)トムソン散乱計測の結果2019

    • Author(s)
      石坂夏槻, 山崎了, 田中周太, 冨田沙羅, 冨谷聡志, 遠田裕史, 宮田親, 瀬井柊人, 角地真, 河村璃子, 杉山慧, 鈴木大介, 相原研人, 神林荘汰, 坂和洋一, 佐野孝好, R. Kumar, 蔵満康浩, 松清 修一, 森田太智, 富田健太郎, 枝本雅史, 高木麻理子, 児島拓仁, 星野真弘, 大平豊,石井彩子, 大西直文, 梅田隆行, 米田仁紀, 小沼杏奈, 竹崎太智
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Comparison of magnetic reconnections driven by external magnetic field and self-generated magnetic field in laser produced plasmas2019

    • Author(s)
      境健太郎
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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  • [Presentation] 高出力レーザーを用いた磁気リコネクション実験における局所プラズマ・磁場計測2019

    • Author(s)
      森田太智
    • Organizer
      日本物理学会第74回年次大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Particle-in-Cell simulation of the Weibel Mediated Shocks Propagating into the Inhomogeneous Media2018

    • Author(s)
      冨田沙羅
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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝搬する相対論的衝撃波の非線形発展2018

    • Author(s)
      冨田沙羅
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      高エネルギー宇宙物理学研究会
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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝搬する相対論的衝撃波の下流磁場の非線形発展2018

    • Author(s)
      冨田沙羅
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      日本天文学会2018秋季年会
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      冨田沙羅
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      冨田沙羅
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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波のParticle-in-Cellシミュレーション2018

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      冨田 沙羅
    • Organizer
      日本天文学会 2017 年 春季年会
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  • [Presentation] Particle-In-Cell Simulation of Relativistic Shocks Propagating into the Inhomogeneous Media2017

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      冨田 沙羅
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      高エネルギー宇宙物理学研究会
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  • [Presentation] 非一様媒質中を伝播する相対論的衝撃波での磁場増幅過程2017

    • Author(s)
      冨田 沙羅
    • Organizer
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      冨田 沙羅
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      冨田 沙羅
    • Organizer
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  • [Presentation] Relativistic Unmagnetized Collisionless Shocks Propagating into the Inhomogeneous Media2017

    • Author(s)
      Sara Tomita
    • Organizer
      2017 International Cosmic Ray Conference
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  • [Presentation] The Weibel Mediated Shocks Propagating into the Inhomogeneous Plasmas2017

    • Author(s)
      Sara Tomita
    • Organizer
      1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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