研究課題/領域番号 |
20K14509
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研究種目 |
若手研究
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配分区分 | 基金 |
審査区分 |
小区分16010:天文学関連
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研究機関 | 東北大学 |
研究代表者 |
川面 洋平 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (80725375)
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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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キーワード | ブラックホール / 降着円盤 / プラズマ乱流 / 電磁流体力学 / プラズア乱流 / プラズマ / 乱流 |
研究開始時の研究の概要 |
降着円盤におけるプラズマは,磁気回転不安定性(MRI)によって駆動される乱流状態になっていると考えられている.MRI乱流の微小なスケールにおける特性を明らかにすることは,Event Horizon Telescopeによって得られた降着円盤からの放射分布の物理的解釈をする上で重要である.本研究では電磁流体力学の超高解像度シミュレーションを行い,MRI乱流の微小スケール特性を明らかにする.特に,降着円盤におけるイオンと電子の温度比を決定するために必要なファクターである「圧縮的な揺動と非圧縮的な揺動の比」を求めることを目標とする.
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研究実績の概要 |
2022年度は、富岳を用いて史上最高解像度の磁気回転乱流シミュレーションに成功した。これまでの最高解像度は1024×1024×512グリッドであったが、今回4096×4096×2048グリッドまで到達することができた。その結果、運動エネルギーのスペクトルは波数の-3/2乗、磁場エネルギーは-5/3乗よりやや急峻になることが分かった。Cho & Lazarianによる手法を用いて、得られた乱流揺動を局所背景磁場に平行な成分と垂直な成分に分解することで、Alfven的成分と擬Alfven的成分それぞれのスペクトルを求めた。擬Alfven波は遅い磁気音波の高ベータ極限に相当する。こうして得られたスペクトルは、以前我々が簡約化磁気流体力学を用いて得た乱流スペクトル(Kawazura et al., J. Plasma Phys. 2022)と類似していることが明らかになった。この結果は、降着円盤おける簡約化磁気流体力学の妥当性を示唆しており、今後簡約化ドリフト運動論などに発展させることできることを期待させるものである。また、これ以外にも、波数のスケール依存非等方性が Goldreich & Sridharの予測である(平行方向波数) ~ (垂直方向波数)^2/3を満たすことや、非線形エネルギー伝達が局所的になることなどが明らかとなった。一方で、磁場エネルギーのスペクトルと運動エネルギーのスペクトルが一致するスケールまでは解像出来ておらず、従来のMHD乱流理論との対応が明確に取れていない。2023年度はさらなる高解像度計算を目指し、磁場エネルギーのスペクトルと運動エネルギーのスペクトルが一致を目指す。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
史上最高解像度の磁気回転乱流シミュレーションに成功し、その解析も進んでいる。また関連した研究の論文出版も行っている。
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今後の研究の推進方策 |
運動エネルギーと磁場エネルギーのスペクトルの傾きが収束するところまでは行けていないため、もう一声解像度を上げてシミュレーションを行う予定である。
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