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磁気流体数値実験に基づく銀河磁場と前景放射モデルの構築

公募研究

研究領域背景放射で拓く宇宙創成の物理―インフレーションからダークエイジまで―
研究課題/領域番号 24111704
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関千葉大学

研究代表者

松元 亮治  千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00209660)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード宇宙物理 / 磁気流体力学 / 銀河系 / シミュレーション / 宇宙背景放射 / 天体ダイナモ / 宇宙磁場 / 電波天文学
研究概要

銀河ダイナモの大局的3次元磁気流体シミュレーション結果をもとに、地球軌道から観測した場合の全天のファラデー回転度分布の角波数に関するフーリエスペクトルを求め、観測と比較した結果を日本天文学会2013年秋季年会で発表した。フーリエスペクトルは空間解像度及び数値振動の影響を受けやすいため、従来のコードに替えて近似リーマン解法の一種であるHLLD法に基づく空間5次、時間3次の高次精度化した円筒座標系3次元磁気流体コードCANS+を国立天文台等の並列計算機に実装してシミュレーションを実施した。その結果、円盤内部で増幅された磁場が円盤コロナに浮上すること、円盤内部の方位角磁場方向が回転の10倍程度の時間スケールで準周期的に反転する等、従来のコードを用いて得られていた結果を再現し、数値振動の影響のないファラデー回転度の空間分布等を得ることができた。
また、非熱的粒子(宇宙線)が円盤内部からの磁束浮上に及ぼす影響を宇宙線圧及び磁力線に沿う宇宙線の拡散を考慮した線形解析と非線形磁気流体シミュレーションによって調べ、宇宙線によって磁束流出率が高まること、特に磁力線に沿う宇宙線拡散によって磁場が弱い場合でも非線形段階において磁気ループの浮上が続くことが明らかになった。
銀河団スケールでの磁場増幅について、磁力線に沿う平均自由行程が長いことによる粘性効果を考慮した3次元磁気流体シミュレーション結果を論文として発表した。シミュレーションの結果、銀河団中を運動するダークマター塊の重力場に補足されたプラズマと銀河団プラズマの境界面に沿って磁場が強められ、磁力線に垂直方向の速度勾配が維持されること、サブクラスター後方で磁場がマイクロガウスまで強められることなどが明らかになり、銀河団磁場が宇宙背景放射の偏光方向に影響を及ぼし得ることが示された。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2014 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Simulations of the Formation of Cold Fronts in Clusters of Galaxies: Effects of Anisotropic Viscosity2013

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, K., Ogawa, T, Matsumoto, Y., Matsumoto, R.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 768 号: 2 ページ: 175-175

    • DOI

      10.1088/0004-637x/768/2/175

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamo Activities Driven by Magnetorotational Instability and the Parker Instability in Galactic Gaseous Disks2013

    • 著者名/発表者名
      Machida, M., Nakamura, K.E., Kudoh, T., Akahori, T., Sofue, Y., Matsumoto, R
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: Vol.764 号: 1 ページ: 81-81

    • DOI

      10.1088/0004-637x/764/1/81

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetohydrodynamic Simulations of the Formation of Cold Fronts in Clusters of Galaxies: Effects of Anisotropic Viscosity2013

    • 著者名/発表者名
      Suzuki, Kentaro
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal

      巻: 768 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1088/0004-637x/768/1/1

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Magnetohydrodynamic Simulations of Cosmic-ray Modified Magnetic Buoyancy Instabilities in Disk Galaxies2014

    • 著者名/発表者名
      Kudoh, Y., Matsumoto, R.
    • 学会等名
      Birth and Death of High-mass Stars: Lesson on Newly Explored Phases of the Interstellar Medium
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulations of Galactic Dynamos2013

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, R., Kudoh, Y., Machida, M.
    • 学会等名
      International Conference on Cosmic Microwave Background CMB2013
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学院大学 (沖縄)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Magnetohydrodynamic Simulations of Galactic Dynamo including Cosmic Rays and Supernovae in Disk Galaxies2013

    • 著者名/発表者名
      Kudoh, Y., Matsumoto, R.
    • 学会等名
      International Conference on Cosmic Microwave Background CMB2013
    • 発表場所
      沖縄科学技術大学院大学(沖縄)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Local Simulations of Magnetic Buoyancy Instabilities including Cosmic Rays in Disk Galaxies2013

    • 著者名/発表者名
      Kudoh, Y., Matsumoto, R.
    • 学会等名
      12th International Workshop on the Interrelationship between Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS)
    • 発表場所
      白馬(長野県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 非熱的粒子を考慮した磁気回転・パーカー不安定性の磁場増幅と飽和の影響2013

    • 著者名/発表者名
      工藤祐己
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      埼玉大学(埼玉県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Three-dimensional Local Simulations of Disk Dynamo Including Cosmic Rays2012

    • 著者名/発表者名
      Kudo, Yuki
    • 学会等名
      East Asia Numerical Astrophysics Meeting EANAM2012
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 年月日
      2012-10-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 高次精度磁気流体コードの天体ダイナモ計算への適用2012

    • 著者名/発表者名
      松元亮治
    • 学会等名
      日本流体力学会
    • 発表場所
      高知大学(高知県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 銀河ガス円盤における磁気流体ダイナモ機構の探求2012

    • 著者名/発表者名
      町田真美
    • 学会等名
      日本流体力学会
    • 発表場所
      高知大学(高知県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 銀河ガス円盤ダイナモの初期磁場構造依存性について2012

    • 著者名/発表者名
      町田真美
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 発表場所
      大分大学(大分県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 非熱的粒子を考慮した円盤ダイナモの3次元磁気流体計算2012

    • 著者名/発表者名
      工藤祐己
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 発表場所
      大分大学(大分県)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Global Three-dimensional Magnetohydrodynamic Simulations of Disk Dynamos2012

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, Ryoji
    • 学会等名
      East Asia Numerical Astrophysics Meeting EANAM2012
    • 発表場所
      京都大学(京都府)
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Magnetic Fields in Astrophysical Disks2012

    • 著者名/発表者名
      Matsumoto, Ryoji
    • 学会等名
      APCTP Workshop on Astrophysics: Magnetic Fields in Astrophysics
    • 発表場所
      Postech, Pohang, Korea
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銀河ダイナモ磁気流体計算に基づくファラデー回転度分布と観測との比較

    • 著者名/発表者名
      松元亮治、工藤祐己、朝比奈雄太、町田真美、森嶋隆裕、服部誠
    • 学会等名
      日本天文学会2013年秋季年会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 非熱的粒子によって駆動される磁気浮力不安定性の時間発展

    • 著者名/発表者名
      工藤祐己、松元亮治
    • 学会等名
      日本天文学会2013年秋季年会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県仙台市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 銀河ダイナモの高次精度大局的3次元磁気流体シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      工藤祐己、松元亮治、森嶋隆裕、服部誠
    • 学会等名
      日本天文学会2014年春季年会
    • 発表場所
      国際基督教大学(東京都三鷹市)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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