高マッハ数衝撃波の多次元構造中における大振幅電磁場擾乱励起と電子加速機構の解明

• 研究課題/領域番号: 26400266
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 松本 洋介 千葉大学, 大学院理学研究科, 特任准教授 (20397475)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 宇宙線加速 / 衝撃波 / プラズマ / ＰＩＣシミュレーション / 乱流リコネクション / 大規模数値計算 / 無衝突衝撃波 / 磁気乱流 / 磁気リコネクション / PICシミュレーション / 衝撃波加速 / 電子加速 / 宇宙線 / 電子

研究成果の概要

プラズマ粒子シミュレーションをスーパーコンピュータ「京」上で実施し、多次元高マッハ数衝撃波構造を明らかにした。衝撃波前方領域では電子スケールの静電不安定、遷移領域においてはイオンスケールの磁気乱流が高強度で卓越することが明らかになった。特に高いマッハ数の条件の下では（Ｍ～４０）、遷移領域における自発的乱流リコネクションが電子加速及び加熱に重要であるにとが明らかになった（Matsumoto et al., Science, 2015）。3次元計算においては、遷移領域における磁気乱流との相互作用による、統計的ドリフト加速が電子をより高エネルギーまで加速させることが新たに明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] A Possible Time-Delayed Brightening of the Sgr A* Accretion Flow after the Pericenter Passage of G2 Cloud (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomohisa Kawashima, Yosuke Matsumoto, and Ryoji Matsumoto
  • 雑誌名: Publ. Astron. Soc. Japan 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Model Experiment of Magnetic Field Amplification in Laser-Produced plasmas via the Richtmyer-Meshkov instability (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, N. Ohnishi, Y. Sakawa, T. Morita, H. Tanji, T. Ide, K. Nishio, C. D. Gregory, J. N. Waugh, N. Booth, R. Heathcote, C. Murphy, G. Gregori, J. Smallcombe, C. Barton, A. Diziere, M. Koenig, N. Woolsey, A Mizuta, T. Sugiyama, S. Matsukiyo, T. Moritaka, T. Sano, and H. Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 巻: 23 号: 3 ページ: 032126-032126
  • DOI: 10.1063/1.4944925
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] TIME EVOLUTION of KELVIN-HELMHOLTZ VORTICES ASSOCIATED with COLLISIONLESS SHOCKS in LASER-PRODUCED PLASMAS (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, A. Mizuta, Y. Sakawa, H. Tanji, T. Ide, T. Sano, M. Koenig, A. Ravasio, A. Pelka, H. Takabe, C. D. Gregory, N. Woolsey, T. Moritaka, S. Matsukiyo, Y. Matsumoto, and N. Ohnishi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 828 号: 2 ページ: 93-93
  • DOI: 10.3847/0004-637x/828/2/93
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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
• [学会発表] 高マッハ数衝撃波における電子のサーフィン・ドリフト加速 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、天野孝伸、加藤恒彦、星野真弘
  • 学会等名: 日本天文学会年会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県・福岡市）
• [学会発表] Magnetic reconnection in astrophysical shock waves (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Amano, T. N. Kato, and M. Hoshino
  • 学会等名: The US-Japan Workshop on Magnetic Reconnection
  • 発表場所: Andaz Napa (California, USA)
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stochastic electron acceleration during turbulent reconnection in strong shock waves (2016)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto
  • 学会等名: EGU General Assembly 2016
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マジックCFL法を用いた相対論的衝撃波の長時間計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、池谷直樹
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合連合大会2016年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
• [学会発表] Three-dimensional structures of high-MA shocks and associated electron accelerations (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Amano, T. N. Kato, and M. Hoshino
  • 学会等名: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysical Plasma
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県・つくば市）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Prolonged electron accelerations at a high Mach-number quasi-perpendicular shock (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, T. Amano, T. N. Kato, and M. Hoshino
  • 学会等名: AGU Fall meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Supercomputing for exploring electron accelerations at high-Mach-number collisionless shocks (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto
  • 学会等名: Workshop on Supernovae and Their Remnants
  • 発表場所: ISAS (Sagamihara, Japan)
  • 年月日: 2015-11-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supercomputing for exploring electron accelerations in strong shock waves (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto
  • 学会等名: ISSI team meeting
  • 発表場所: ISSI (Bern, Switzerland)
  • 年月日: 2015-06-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supercomputing for exploring electron accelerations in strong shock waves (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto
  • 学会等名: The 9th International West Lake Symposium
  • 発表場所: Liutong Hotel (Hangzhou, China)
  • 年月日: 2015-05-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Supercomputing for exploring electron accelerations in strong shock waves (2015)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsumoto, Takanobu Amano, Tsunehiko Kato, and Masahiro Hoshino
  • 学会等名: The 1st Conference on Laser Energetics
  • 発表場所: Pacifico Yokohama (Yokohama, Japan)
  • 年月日: 2015-04-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高マッハ数衝撃波における磁気リコネクション誘発と電子加速 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、天野孝伸、加藤恒彦、星野真弘
  • 学会等名: 日本天文学会年会
  • 発表場所: 大阪府豊中市大阪大学
  • 年月日: 2015-03-20
• [学会発表] 高マッハ数衝撃波における磁気リコネクション誘発と電子加速 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松本洋介、天野孝伸、加藤恒彦、星野真弘
  • 学会等名: 日本地球電磁気・地球惑星圏学会講演会
  • 発表場所: 長野県松本市キッセイ文化ホール
  • 年月日: 2014-11-01