放射減衰を考慮した相対論的プラズマシートの動力学と粒子加速

• 研究課題/領域番号: 22340169
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 星野 真弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90241257)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2012年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2011年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2010年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 磁気リコネクション / 相対論的プラズマ / 粒子加速 / 放射減衰 / 乱流 / 高エネルギー天体 / 数値シミュレーション / 乱流加速 / フェルミ加速 / 相対論プラズマ

研究概要

相対論的高温プラズマ中での磁気リコネクションは、超高温プラズマシートを閉じ込めるために強磁場領域で存在するので、リコネクションの時間発展に伴って作られる相対論的高エネルギー粒子は、シンクロトロン減衰を受ける。輻射減衰効果を取り入れた相対論的電磁粒子コードでリコネクションの粒子加速を調べた。その結果、輻射減衰によってプラズマシートとガス圧が下がり、高速リコネクションが起きることがわかった。また更に、孤立系でのリコネクションだけでなく、複数のプラズマシートが相互作用する複数の磁気島が相互作用する系についても研究し、粒子加速の効率が著しく向上することを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Double power-law spectra of energetic electrons in the Earth magnetotail (2013)
  • 著者名/発表者名: A. V. Artemyev, M. Hoshino, V. N. Lutsenko, A. A. Petrukovich, S. Imada, and L. M. Zelenyi
  • 雑誌名: Ann. Geophys. 巻: 31 号: 1 ページ: 910106-910106
  • DOI: 10.5194/angeo-31-91-2013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laboratory investigations on the origins of cosmic rays (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Morita, T. Ide, K. Nishio, H. Tanji, H. Aoki, S. Dono, C. D. Gregory, J. N. Waugh, N. Woolsey, A. Diziere, A. Pelka, A. Ravasio, B. Loupias, M. Koenig, S. A. Pikuz, Y. T. Li, Y. Zhang, X. Liu, J. Y. Zhong, J. Zhang, G. Gregori, N. Nakanii, K. Kondo, Y. Mori, E. Miura, R. Kodama, Y. Kitagawa, K. Mima, K. A. Tanaka, H. Azechi, T. Moritaka, Y. Matsumoto, T. Sano, A. Mizuta, N. Ohnishi, M. Hoshino, and H. Takabe
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 巻: 54 号: 12 ページ: 124049-124049
  • DOI: 10.1088/0741-3335/54/12/124049
  • 査読あり
• [雑誌論文] Relativistic reconnection and particle acceleration (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino and Y. Lyubarsky
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: 173 号: 1-4 ページ: 521-533
  • DOI: 10.1007/s11214-012-9931-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron accelerations at high Mach number shocks:Two-dimensional particle-in-cell simulations in various parameter regimes (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y., T. Amano and M.Hoshino
  • 雑誌名: Astrophys. J. 巻: 755,109 号: 2 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1088/0004-637x/755/2/109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle acceleration in the magnetotail and aurora (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Birn, A.V. Artemyev, D.N. Baker, M. Echim, M. Hoshino and L. M. Zelenyi
  • 雑誌名: Space Sci. Rev. 巻: 173 号: 1-4 ページ: 49-102
  • DOI: 10.1007/s11214-012-9874-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the universality of nonthermal electron acceleration due to quasi-turbulent wakefields (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, M. Hoshino, S.-H. Chen, and H. Takabe
  • 雑誌名: High Energy Density Physics 巻: 8 号: 3 ページ: 2068-2068
  • DOI: 10.1016/j.hedp.2012.03.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stochastic particleacceleration in multiple magnetic islands during reconnection (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108(13) 号: 13
  • DOI: 10.1103/physrevlett.108.135003
  • 査読あり
• [雑誌論文] The relation between ion temperature anisotropy and formation of slow shocks in collisionless magnetic reconnection (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Higashimori and M. Hoshino
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 117 (A1) 号: A1
  • DOI: 10.1029/2011ja016817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Non-adiabatic Ion Acceleration in the Earth Magnetotail and Its Various Manifestations in the Plasma Sheet Boundary Layer (2011)
  • 著者名/発表者名: E. Grigorenko, L.M. Zelenyi, M.S.Dollgonosov, A.V. Artemiev, C.J. Owen, J.-A. Sauvard, M. Hoshino and M. Hirai
  • 雑誌名: Space Science Review 巻: 164 号: 1-4 ページ: 133-181
  • DOI: 10.1007/s11214-011-9858-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow-turbulence interaction in magnetic reconnection (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Yokoi and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics Plasmas 巻: 18(11) 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.3641968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic reconnection in an anisotropic plasma: Observation and theory (2011)
  • 著者名/発表者名: C.-C. Hung, L.-N. Hau, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Geophys.Res. Letters. 巻: 38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Favorable conditions for energetic electron acceleration during magnetic reconnection in the Earth's magnetotail (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Imada, M. Hirai, M. Hoshino and T. Mukai
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 116(A8) 号: A8 ページ: n/a-n/a
  • DOI: 10.1029/2011ja016576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Evidence of Nonthermal Acceleration of Relativistic Electrons by an Intensive Laser Pulse (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, N. Nakanii, K. Kondo, Y. Sakawa, Y. Mori, E. Miura, K. Tsuji, K. Kimura, S. Fukumochi, M. Kashihara, T. Tanimoto, H. Nakamura, T. Ishikura, K. Takeda, M. Tampo, R. Kodama, Y. Kitagawa, K. Mima, K. A. Tanaka, H. Takabe, and M.Hoshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 83(2) 号: 2
  • DOI: 10.1103/physreve.83.026401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model experiment of cosmic ray acceleration due to an incoherent wakefield induced by an intense laser pulse (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kuramitsu, N.Nakanii, K.Kondo, Y.Sakawa, Y.Mori, E.Miura, K.Tsuji, K.Kimura, S.Fukumochi, M.Kashihara, T.Tanimoto, H.Nakamura, T.Ishikura, K.Takeda, M.Tampo, R.Kodama, Y.Kitagawa, K.Mima, K.A.Tanaka, M.Hoshino, and H.Takebe
  • 雑誌名: PHYSICS OF PLASMAS 巻: 18, 010701 号: 1 ページ: 010701-010701
  • DOI: 10.1063/1.3528434
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-Flight Performance and Initial Results of Plasma Energy Angle and Composition Experiment (PACE) on SELENE (Kaguya) (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, S. Yokota, K. Asamura, T. Tanaka, M.N. Nishino, T. Yamamoto, Y. Terakawa, M. Fujimoto, H. Hasegawa, H. Hayakawa, M. Hirahara, M. Hoshino, S. Machida, T. Mukai, T. Nagai, T. Nagatsumo, T. Nakagawa, M. Nakamura, K. Oyama, E. Sagawa, S. Sasaki, K. Seki, I.Shinohara, T. Terasawa, H. Tsunakawa, H. Shibata, M. Matsumoto, H. Shimizu, F. Takahashi
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: 154 ページ: 265-303
  • 査読あり
• [雑誌論文] A critical Mach number for electron injection in collisionless shocks (2010)
  • 著者名/発表者名: Amano, T., M. Hoshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. Letters 巻: 104,181102 号: 18 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1103/physrevlett.104.181102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of a Strong Supernova Shock Wave and Rapid Electron Acceleration Confined in its Transition Region (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Shimada, M. Hoshino, and T. Amano
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 17 ページ: 32902-32902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Field Investigation of Mercury's Magnetosphere and the Inner Heliosphere by MMO/MGF (2010)
  • 著者名/発表者名: W. Baumjohann, A. Matsuoka, W. Magnes, M. Delva, K. Schwingenschuh, T. Zhang, H.-U. Auster, K.-H. Fornacon, U. Motschmann, I. Richter, A. Balogh, C. Carr, M. Dougherty, P. J. Cargill, T. S. Horbury, E. A. Lucek, F. Tohyama, T. Takahashi, M. Tanaka, T. Nagai, H. Tsunakawa, M. Matsushima, M. Shinohara, H. Kawano, A. Yoshikawa, H. Shibuya, T. Nakagawa, M. Hoshino, Y. Tanaka, R. Kataoka, B. J. Anderson, C. T. Russell
  • 雑誌名: Planetary Space Science 巻: 58 ページ: 279-286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Critical Mach number for electron injection in collisionless shock (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Amano, M.Hoshino
  • 雑誌名: Physical Review Letters
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonthermal acceleration of relativistic electrons by an intensive laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuramitsu, et al.
  • 雑誌名: Physical Review E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Model experiment of cosmic ray acceleration due to an incoherent wake field induced by an intense laser puse (2010)
  • 著者名/発表者名: Kuramitsu, et al.
  • 雑誌名: Physics of Plasma
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetic reconnection, turbulence, and particle acceleration in magnetotail (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: AGU Chapman Conference
  • 発表場所: Reykjavik, Iceland
• [学会発表] Particle acceleration during magnetorotational instability (MRI) in collisionless accretion disk (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Nonlinear Wave and Chaos 9
  • 発表場所: La Jolla, USA
• [学会発表] Particle acceleration in plasma universe (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 8th International Conference on Computational Physics (ICCP8)
  • 発表場所: Hong Kong
• [学会発表] Particle accelerationduring magneto-rotational instability(MRI) in kinetic accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Asia-Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) workshop on Astrophysics: Magnetic Fields in Astrophysics
  • 発表場所: Pohang, Korea
• [学会発表] Plasma dynamics and magneticreconnection with anisotropic plasmas in magnetotail (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR
  • 発表場所: Mysore, India
• [学会発表] Magnetic reconnection and particle acceleration duringmagneto-rotational instability (MRI) in an accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR
  • 発表場所: Mysore, India
• [学会発表] Magnetic reconnection and particle acceleration duringmagneto-rotational instability in an accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: US-Japan magnetic reconnection workshop
  • 発表場所: Princeton University, USA
• [学会発表] Particle acceleration in collisionless accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International workshop on Particles and radiation from cosmic acceleratorsCA2012
  • 発表場所: Chiba University
• [学会発表] Collisionlessmagneto-rotational instability and particle acceleration in an accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Frontiers of Plasma Astrophysics
  • 発表場所: Berkeley University, USA
• [学会発表] Magnetic reconnection and particle acceleration during magneto-rotational instability in an accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: US-Japan magnetic reconnection workshop
  • 発表場所: Princeton University, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic reconnection and particle acceleration during magneto-rotational instability (MRI) in an accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR
  • 発表場所: Mysore, India
  • 招待講演
• [学会発表] Plasma dynamics and magnetic reconnection with anisotropic plasmas in magnetotail (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR
  • 発表場所: Mysore, India
  • 招待講演
• [学会発表] Particle acceleration during magneto-rotational instability (MRI) in kinetic accretion disk (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Asia-Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) workshop on Astrophysics: Magnetic Fields in Astrophysics
  • 発表場所: Pohang, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic reconnection in magnetotail and beyond (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Workshop on magnetotail current sheets
  • 発表場所: IKI, Moscow, Russia
• [学会発表] Stochastic ParticleAcceleration in Magnetic Reconnection (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 2nd International Space PlasmaSymposium 2011
  • 発表場所: Tainan, Taiwan
• [学会発表] Particle Acceleration in Turbulent Magnetic Reconnection and in Accretion Disks (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 11th International Workshop on the Interrelationship between Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS)
  • 発表場所: Whistler, Canada
• [学会発表] Stochastic Particle Acceleration in Multiple Magnetic Reconnection Sites (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Astrophysics Forum Alpbach (IAFA) 2011
  • 発表場所: Alpbach, Austria
• [学会発表] Lecture on KineticReconnection, Summer School of MHD andKinetic Processes in Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: KIAA
  • 発表場所: Peking University, China
• [学会発表] Particle Acceleration inRelativistic Reconnection (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Understanding Relativistic Jets
  • 発表場所: Krakow, Poland
• [学会発表] Electron Acceleration inReconnection (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: ISSI Workshop on particle acceleration in cosmic plasmas
  • 発表場所: Bern, Swiss
• [学会発表] Magnetic Reconnection as Studied in Space and Astrophysical Plasmas by usine PIC Simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Hoshino
  • 学会等名: 39the COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Bremen, Germany Bremen Exhibition & Conference Center 招待講演
  • 年月日: 2010-07-18
• [学会発表] Stochastic Particle Acceleration in Multiple Magnetic Reconnection Sites
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Astrophysics Forum Alpbach (IAFA)
  • 発表場所: Alpbach, Austria
  • 招待講演
• [学会発表] Lecture on Kinetic Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Summer School of MHD and Kinetic Processes in Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas
  • 発表場所: KIAA, Peking University. China
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration in Relativistic Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Understanding Relativistic Jets
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Acceleration in Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: ISSI Workshop on particle acceleration in cosmic plasmas
  • 発表場所: Bern, Swissland
  • 招待講演
• [図書] 総説宇宙天気 (2011)
  • 著者名/発表者名: 星野真弘
  • 出版者: 京都大学学術出版会
• [図書] 第一原理からみた磁力線再結合、パリティ (2011)
  • 著者名/発表者名: F.S.モーザー,P.L.プリチェット,星野真弘訳
  • 出版者: 丸善出版