無衝突系の降着円盤における磁気回転不安定と粒子加速

• 研究課題/領域番号: 25287151
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90241257)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円); 2015年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2014年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2013年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 降着円盤 / 磁気回転不安定 / 磁気リコネクション / 粒子シミュレーション / 粒子加速 / 角運動量輸送 / 宇宙物理 / ブラックホール / 乱流 / ダイナモ

研究成果の概要

降着円盤は宇宙において普遍的構造であり、円盤ガスが中心天体に降着することで莫大な重力エネルギーを開放することが知られている。これまでガス降着のメカニズムとして、「磁気回転不安定（MRI）」と呼ばれる電磁流体波動を介した降着メカニズムが重要であることが知られていた。しかし、ブラックホールなど中心天体の質量が大きな降着円盤では、無衝突プラズマ系であることが知られており、電磁流体近似が成り立たない。本研究では、プラズマ粒子コードを用いたシミュレーションを行い、無衝突系のガス降着率が、従来の電磁流体近似よりも10倍程度促進され、更に高エネルギー粒子が効率よく生成されることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Turbulence Heating ObserveR - satellite mission proposal (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Vaivads 他47名、M. Hoshino (20番目)
  • 雑誌名: Journal of Plasma Physics 巻: 82 号: 5
  • DOI: 10.1017/s0022377816000775
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new framework for magnetohydrodynamic simulations with anisotropic pressure (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi, K., Hoshino, M., Amano, T.
  • 雑誌名: J. Comput. Phys. 巻: 327 ページ: 851-872
  • DOI: 10.1016/j.jcp.2016.09.064
  • 査読あり
• [雑誌論文] Instability of non-uniform toroidal magnetic fields in accretion disk (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hirabayashi and M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion beta dependence on the development of Alfvenic fluctuations in reconnection jets (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Higashimori & M. Hoshino
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: - 号: 3 ページ: 1803-1813
  • DOI: 10.1002/2014ja020544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of Alfvenic waves and turbulence in reconnection jets (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino and K. Higashimori
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research 巻: - 号: 5 ページ: 3715-3727
  • DOI: 10.1002/2014ja020520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energetic ion acceleration during magnetic reconnection in the Earth’s magnetotail (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Imada, M. Hirai, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Earth, Planets and Space 巻: 67 ページ: 1-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angular momentum transport and particle acceleration during magnetorotational instability in a kinetic accretion disk (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: - 号: 6
  • DOI: 10.1103/physrevlett.114.061101
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stochastic electron acceleration during spontaneous turbulent reconnection in a strong shock wave, (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Amano, T. Kato, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Science 巻: 347 号: 6225 ページ: 974-978
  • DOI: 10.1126/science.1260168
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles simulations of electrostatic interactions between dust grains (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Itou, T. Amano and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 12 ページ: 123707-123707
  • DOI: 10.1063/1.4904373
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetric evolution of magnetic reconnection in collisionless accretion disk (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Shirakawa and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 21 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4875739
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theory and modeling for Magnetospheric Multiscale Mission (2014)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Space Science Reviews 巻: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Particle acceleration during magnetorotational instability in a collisionless accretion disk (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 773 号: 2 ページ: 118-118
  • DOI: 10.1088/0004-637x/773/2/118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Explosive Turbulent Magnetic Reconnection (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Higashimori, N. Yokoi, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 号: 25
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.255001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stability of cosmic ray modified shocks: Two-fluid approach (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saito, M. Hoshino, and T. Amano
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 775 号: 2 ページ: 130-130
  • DOI: 10.1088/0004-637x/775/2/130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron acceleration in a nonrelativistic very high Alfven Mach number shock (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Amano and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 111 号: 21 ページ: 211503-211503
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.215003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic reconnection under anisotropic MHD approximation (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Hirabayashi and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 20 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4831754
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport enhancement and suppressionin turbulent magnetic reconnection : A self-consistent turbulence mode (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yokoi, K. Higashimori, and M, Hoshino
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 20 号: 12
  • DOI: 10.1063/1.4851976
  • 査読あり
• [学会発表] Particle Acceleration in Laboratory Plasma Astrophysics (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International School and Workshop, Matter in Extreme Conditions from Material Science to Planetary Physics
  • 発表場所: Montgenevre, France
  • 年月日: 2017-01-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Turbulent dissipation and particle acceleration in high Mach number shocks (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: THOR workshop
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2016-09-27
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rapid Energy Dissipation during Magnetic Reconnection with Poynting Flux Injection (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Congress of Plasma Physics (ICPP2016)
  • 発表場所: Kaohsiung, Taiwan
  • 年月日: 2016-06-27
• [学会発表] Magnetic energy dissipation of plasma sheet under coupling of magnetic reconnection and lower hybrid drift instability (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting
  • 発表場所: 幕張メッセ、幕張、千葉
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle acceleration in the plasma Universe (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Korean Physical Society
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2016-04-19
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unresolved questions in magnetotail physics (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International GEMSIS workshop: Future Perspectives of Researches in Space Physics
  • 発表場所: 名古屋大学、愛知県、名古屋市
  • 年月日: 2016-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle acceleration and energy dissipation of driven reconnection in plasma universe (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: US-Japan workshop on magnetic reconnection
  • 発表場所: Napa, California, USA
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle acceleration in astrophysical plasma by using laser experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Symposium on Status and Prospects of High Energy Density Science by Giant Lasers, Science Council of Japan
  • 発表場所: Lawrence Livermore Nat’l Lab, USA
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic reconnection in accretion disks with anisotropic plasma pressure (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: IPELS2015, Institute of Physics
  • 発表場所: Pitlochry, United Kingdom
  • 年月日: 2015-08-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle acceleration in the plasma universe (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 5th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasmas
  • 発表場所: Pohan, Korea
  • 年月日: 2015-08-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Kinetic aspects of Magnetorotational instability (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Nordic Institute for Theoretical Physics/NORDITA workshop
  • 発表場所: Nordic Institute for Theoretical Physics/NORDITA workshop
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Particle-in-cell simulation for Magnetorotational instability (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Space Simulation School/ISSS12
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2015-07-03
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Collisionless accretion disks: Role of reconnection in anisotropic plasmas (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Workshop on Relativistic Jets: Creation, Dynamics and Internal Physics
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 2015-04-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multiscale phenomena of electron acceleration in high Mach number shocks (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Princeton Center for Theoretical Science Workshop on Accelerating Cosmic Ray Comprehension
  • 発表場所: Princeton University, USA
  • 年月日: 2015-04-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Frontier in astrophysical plasma by using laser experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: STEPS Symposium on Photon Science
  • 発表場所: 東京大学 (東京都)
  • 年月日: 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic reconnection in turbulence (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: MMS Science Working Team Meeting
  • 発表場所: Cocoa Beach (USA)
  • 年月日: 2015-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of Alfvenic Waves and Turbulence in Magnetic Reconnection Jets (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: AGU Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2014-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration and Angular Momentum Transport by Magneto-Rotational Instability in Kinetic Accretion Disks (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Korean Astrophysics Workshop on High-Beta Plasma in the Universe
  • 発表場所: Jeju Island (Korea)
  • 年月日: 2014-11-11
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Acceleration and Reconnection at a High Mach Number Shock (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Korean Astrophysics Workshop on High-Beta Plasma in the Universe
  • 発表場所: Jeju Island (Korea)
  • 年月日: 2014-11-10
  • 招待講演
• [学会発表] Stochastic Fermi Acceleration by Magnetic Reconnection in Various Plasma Environments (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Moscow University (Russia)
  • 年月日: 2014-08-02
  • 招待講演
• [学会発表] Turbulent Magnetic Reconnection and Particle Acceleration (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Moscow University (Russia)
  • 年月日: 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of Alfvenic Waves and Turbulence in Reconnection Jets (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: MR2014
  • 発表場所: 東京大学 (東京都)
  • 年月日: 2014-05-20
  • 招待講演
• [学会発表] xplosive turbulent magnetic reconnection: A new approach of MHD-turbulent simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino, Y. Nobumitsu, and K. Higashimori
  • 学会等名: EGU General Assembly
  • 発表場所: Ａｕｓｔｒｉａ Ｃｅｎｔｅｒ Vienna, Austria
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetic Reconnection under Anisotropic Plasma Pressure
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: MMS/NASA Science Working Meeting
  • 発表場所: Iowa University, USA
  • 招待講演
• [学会発表] High Energy Particle Acceleration in Accretion Disc
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: U-Tokyo Forum, , Astronomy and Astrophysics from ALMA
  • 発表場所: Universidad de Chili, Chilli
  • 招待講演
• [学会発表] Turbulent Magnetic Reconnection and Particle Acceleration
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Japan-US Workshop on Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: ILE Osaka University, 大阪府
  • 招待講演
• [学会発表] Angular Momentum Transport and Particle Acceleration in Accretion Disk
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International School/Symposium for Space Simulation
  • 発表場所: Hotel Kuva Chateau, Taiwan
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration and Magnetic Reconnection during Magnetorotational Instability in Collisionless Accretion Disk
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: 幕張メッセ、千葉県
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration in Plasma Universe
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: East-Asian School and Workshop
  • 発表場所: オリンピック記念青少年総合センター、東京都
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration and Angular Momentum Transport during Magnetorotational Instability in Collisionless Accretion Disk
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: IPELS
  • 発表場所: 白馬東急ホテル、長野県
  • 招待講演