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2020 年度 研究成果報告書

非中性プラズマ中での磁気リコネクション

研究課題

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研究課題/領域番号 18K18748
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

星野 真弘  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90241257)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2021-03-31
キーワード磁気リコネクション / 相対論プラズマ / 非中性プラズマ / パルサー磁気圏
研究成果の概要

近年、相対論的プラズマの磁気リコネクションは、パルサー磁気圏やマグネターなど宇宙物理で注目されている。そして、電子と陽電子の密度が異なる帯電したプラズマで満たされていると考えられている。本研究では、(1) 帯電プラズマの静電場を(人工的)重力で釣り合わせた平衡解、(2) 準中性プラズマのハリス平衡解をローレンツ変換して得られる帯電プラズマの平衡解、(3)準中性条件ではあるが電流を担うドリフト電流が相対論的速度で流れている平衡解の3つについて調べた。特に3番目のケースは、従来の予想とは異なり、リコネクションの成長が、ドリフト電流のローレンツ因子に逆比例して成長が抑制されることが明らかになった。

自由記述の分野

宇宙空間プラズマ物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

高温希薄プラズマ中では、磁場のエネルギーを熱エネルギーに変換する素過程として、磁力線の繋ぎ変えによって起きる磁気リコネクションと呼ばれるものがあり、実験室プラズマから宇宙プラズマまで数多くの研究が行われてきている。本研究は、極限宇宙で重要となる磁場を作る電流の速度が相対論的な速度を持つ場合の磁気リコネクションについて、理論およびスーパーコンピュータを用いた数値シミュレーションを行い、電流速度が光速に近づくとリコネクションのエネルギー変換効率が著しく低下することを明らかにした。これはパルサー天体を始めとする高エネルギー天体のプラズマ環境を理解するうえで重要な素過程である。

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公開日: 2022-01-27  

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