部分電離プラズマ中の宇宙線加速機構の解明と初期宇宙への応用

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17702
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東京大学 (2017-2019); 青山学院大学 (2016)
• 研究代表者: 大平 豊 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40589347)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙線 / 超新星残骸 / プラズマ

研究成果の概要

部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突衝撃波のプラズマ粒子シミュレーションを世界で初めて行った。電荷交換反応により生じた下流の高温の水素原子が上流に向かって染み出すこと、それらが電離したのちに上流プラズマと相互作用するこ とで衝撃波構造を変えることを示した。宇宙線加速について電離度の制限が存在することを世界で初めて示した。 また、初期宇宙での宇宙線加速について理論的に調べ、z=20ごろの初代星が超新星残骸を作る際に、宇宙線が1GeVまで加速されることを明らかにした。同じz=20程度の時期に生じる構造形成に伴う衝撃波は、電離度が非常に低い衝撃波となるため宇宙線を加速することができないことも判明した。

自由記述の分野

宇宙物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

エネルギーの高い宇宙線は、宇宙の様々な天体に影響を及ぼす。地球でも、半導体エラーや雲や雷に影響を及ぼす。このように地球上から宇宙に渡って至る所に影響を及ぼす宇宙線は、いまだその加速源がわかっていない。本研究は、これまで完全電離を仮定して議論されていた宇宙線加速過程を見直し、より現実的な部分電離プラズマ中での宇宙線加速過程を調べた。その結果、これまでいつでも宇宙線を加速できると思われていた無衝突衝撃波は、電離度によっては宇宙線加速に適さないことが明らかになった。これは、未解明の宇宙線源の候補を絞る上で非常に役に立つ結果である。