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2019 年度 実施状況報告書

レーザー・プラズマ非線形現象: 誘導コンプトン散乱の実験的検証

研究課題

研究課題/領域番号 17K18270
研究機関青山学院大学

研究代表者

田中 周太  青山学院大学, 理工学部, 助教 (50726841)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード誘導コンプトン散乱 / 実験室宇宙物理学 / パルサー / レーザー実験
研究実績の概要

私の主な研究対象はパルサーと呼ばれる天体で、高速で回転している強磁場中性子星と考えられている。現在我々の銀河系内に2700以上観測されるパルサーは、その回転に起因して正確なパルスを発する天体として観測される。中性子星は1934年、わずか中性子発見の2年後に理論的には予言された。当初中性子星は、可視光で輝く恒星に比べて高温高密度でコンパクトな天体であるため、X線星として見つかるとされていた。しかし1967年、パルサーの発見は電波天文学によってなされた。パルサーからの電波放射の機構は不明で、それは発見以来の最初にして最大の謎である。中性子星のようなコンパクトな天体から電波を放射するには、非常にコヒーレンスの高い放射機構を考える必要があり、パルサーは天然のレーザー発振器と言える。地上の高強度レーザー実験でパルサー周辺で起こる極限物理現象を検証することが本研究の目的である。
本年度は実験室レーザーを用いた誘導コンプトン散乱に関する論文を投稿し、その論文は受理された。加えて、国立研究開発法人量子科学技術研究機構 関西光科学研究所の施設共用利用課題にJ-KAREN-Pレーザーと呼ばれるレーザーを用いた誘導コンプトン散乱実験で応募した。昨年度の実験は採択されなかったが、本年度の実験が採択された。実験準備はレーザー・プラズマの研究者らと共同で進め、実験は2020年度4月に予定されていたが、コロナウイルスの影響で中止され、実験の再開の見通しは立っていない。また、パルサーの研究に関連して、の相対論磁気流体の乱流による加速に関する論文を執筆し、出版された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

誘導コンプトン散乱の実験室レーザーを用いた研究に関する論文は受理された。2017年に台湾の国立中央大学のレーザーを用いて行なった初期的な実験について、まず論文にしようと考えている。そのために、実験データの解析も進める必要がある。
関西光科学研究所での実験が本年度初めて採択されたことは重要なステップであるが、コロナウイルスの影響で実験が滞っている。プラズマの反作用などを含めた理論的な研究を進めて、さらにレーザー実験の研究者にも誘導コンプトン散乱の研究を広めることができればと思っている。
一方で、レーザー実験分野の国際会議などでも本研究内容を発表する機会を持てたのは有意義であった。空間分布などを含んだ発展的な数値計算に関して、まだ手をつけられていない。宇宙物理分野の研究も並行しており、それに関する新たな論文出版され、複数の分野で研究する姿勢を保てている。

今後の研究の推進方策

2017年度に台湾の国立中央大学で行なった実験のデータ解析を進めて、初期成果としての論文を仕上げる。誘導コンプトン散乱により適したセットアップの実験方法を調べる、という理論研究を進める。これまで行なった、もしくは提案した実験は、適切な密度と温度を保ったプラズマにレーザーを集光するというものであった。例えば、対向ビームを用いた誘導コンプトン散乱の実験などを考えて、理論的に得られる結果を予測する。誘導コンプトン散乱はビームの幾何に大きく影響されることが強く示唆されるため、今後の応用にも重要である。
実験研究については、上でも述べたように順調に進んでおり、本年度も続けて大阪大学レーザーエネルギー研究センターの共同利用・共同研究に採択された。また本年度の関西光科学研究所の施設共用利用にも誘導コンプトン散乱の実験で提案者として応募し、採択された。しかし、実験はコロナウイルスの影響で中止されて、再開の目処は立っていない。
今後も実験に向けて実験提案を行なっていく。レーザー・プラズマのコミュニティに関わることで新しい実験施設の情報なども得られており、実験研究についてはまだまだ発展の余地がある。これまでの調子で宇宙物理学に軸足を置きつつも、レーザー・プラズマの研究を進めていこうと考えている。

次年度使用額が生じた理由

コロナウイルスの影響で成果発表を予定していた物理学会(2020年度春)の開催が中止されたため。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Efficient acceleration of cylindrical jets: effects of radiative cooling and tangled magnetic field2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Shuta J、Toma Kenji
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 494 ページ: 338~348

    • DOI

      10.1093/mnras/staa728

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suzaku and Fermi view of the supernova remnant 3C 3962019

    • 著者名/発表者名
      Sezer A、Ergin T、Cesur N、Tanaka S J、Kisaka S、Ohira Y、Yamazaki R
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 492 ページ: 1484~1491

    • DOI

      10.1093/mnras/stz3571

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomalous plasma acceleration in colliding high-power laser-produced plasmas2019

    • 著者名/発表者名
      Morita T.、Nagashima K.、Edamoto M.、Tomita K.、Sano T.、Itadani Y.、Kumar R.、Ota M.、Egashira S.、Yamazaki R.、Tanaka S. J.、Tomita S.、Tomiya S.、Toda H.、Miyata I.、Kakuchi S.、Sei S.、Ishizaka N.、Matsukiyo S.、Kuramitsu Y.、Ohira Y.、Hoshino M.、Sakawa Y.
    • 雑誌名

      Physics of Plasmas

      巻: 26 ページ: 090702~090702

    • DOI

      10.1063/1.5100197

    • 査読あり
  • [学会発表] Induced Compton scattering in pulsar magnetospheres and up-to-date laser facilities (online)2020

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      Physics at the Cosmic Frontiers (online)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Acceleration of Relativistic Jets with Tangled Magnetic Field2020

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      Active Galactic Nucleus Jets in the Event Horizon Telescope Era
    • 国際学会
  • [学会発表] 乱流磁場を考慮した相対論的ジェットの加速2020

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      日本物理学会 2020年春季大会(オンライン)
  • [学会発表] Acceleration of Relativistic Outflows with Tangled Magnetic Field2019

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      Yamada Conference LXXI: Gamma-ray Bursts in the Gravitational Wave Era 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] nduced Compton scattering in pulsar magnetospheres and up-to-date laser facilities2019

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      9th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, and Astrophysics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Acceleration of Relativistic Outflows with Tangled Magnetic Field2019

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      HEPRO VII
    • 国際学会
  • [学会発表] Dynamics of Pulsar Wind Nebula with Magnetic Dissipation and Turbulence2019

    • 著者名/発表者名
      Shuta J. Tanaka
    • 学会等名
      Supernova Remnants II: An Odyssey in Space After Steller Death
    • 国際学会
  • [学会発表] パルサー星雲研究から広帯域 X 線観測に期待すること2019

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      高感度、広帯域 X 線天文衛星 FORCE で探る高エネルギー宇宙
    • 招待講演
  • [学会発表] 非理想磁気流体効果による相対論的流れの加速2019

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      第 32 回理論懇シンポジウム
  • [学会発表] 非理想磁気流体効果による相対論的流れの加速2019

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学研究会 2019
  • [学会発表] 非理想磁気流体効果による相対論的流れの加速2019

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      高エネルギー突発現象の多波長・多粒子観測と理論
  • [学会発表] 誘導コンプトン散乱のレーザー実験に向けての研究2019

    • 著者名/発表者名
      田中周太
    • 学会等名
      光・量子ビーム科学合同シンポジウム 2019

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公開日: 2021-01-27  

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