相対論衝撃波での航跡場加速

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19340171
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマ科学
• 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, 教授 (90241257)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 宇宙・天体プラズマ / 衝撃波 / 粒子加速 / 相対論プラズマ / 宇宙線

研究概要

相対論的衝撃波で励起される大振幅電磁波による航跡場加速を粒子シミュレーションを用いて調べた。相対論的衝撃波では、衝撃波面でのシンクロトロン不安定によって大振幅先駆波(プリカーサー)が発達することが知られているが、本研究ではそのプリカーサー波動のポンデラモーティブ力に起因する航跡場による加速を研究した。航跡場加速は、レーザー実験において次世代の加速器としても着目されているが、天体・宇宙プラズマ中の衝撃波では、衝撃波上流で加速された粒子が衝撃波構造を変える自己変調の機構が介在するので、プリカーサー波動は乱流的になり、非コヒーレントな状況での航跡場加速を考える必要がある。大規模粒子シミュレーションを行うことにより、衝撃波上流での非コヒーレント場における航跡場加速が高効率の加速機構であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of a Strong Supernova Shock Wave and Rapid Electron Acceleration Confined in its Transition Region (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Shimada, M. Hoshino, T. Amano
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 17
• [雑誌論文] Electron Shock Surfing Acceleration in Multidimensions : Two-Dimensiona Particle-In-Cell Simulation of Collisionless Perpendicular Shock (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Amano, M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophy.J. 690 ページ: 244-251
• [雑誌論文] Geography of ion acceleration in the magnetotail : X-line versus Current sheet effects (2009)
  • 著者名/発表者名: E. E. Grigorenko, M. Hoshino, M. Hirai, T. Mukai, L. M. Zelenyi
  • 雑誌名: J.Geophys.Res.
• [雑誌論文] Radiation Dominated Relativistic Current Sheets (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Jaroschek, M. Hoshino
  • 雑誌名: Phys.Rev.Letters 103(7)
• [雑誌論文] Nonlinear Evolution of Buneman Instability and Its Implication for Electron Acceleration in High Mach Number Collisionless Perpendicul ar Shocks (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Amano, M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 16
• [雑誌論文] Magnetic Field Investigation of Mercury's Magnetosphere and the Inner Heliosphere by MMO/MGF (2009)
  • 著者名/発表者名: W. Baumjohann, A. Matsuoka, W. Magnes, K. -H. Glassmeier^c, R. Nakamura, H. Biernat, M. Delva, K. Schwingenschuh, T. Zhang, H. -U. Auster, K.-H. Fornacon, U. Motschmann, I. Richter, A. Balogh, C. Carr, M. Dougherty, P. J. Cargill, T. S. Horbury, E. A. Lucek, F. Tohyama, T. Takahashi, M. Tanaka, T. Nagai, H. Tsunakawa, M. Matsushima, M. Shinohara, H. Kawano, A. Yoshikawa, H. Shibuya' T. Nakagawa, M. Hoshino, Y. Tanaka, R. Kataoka, B. J. Anderson, C. T. Russell
  • 雑誌名: Planetary Space Science
• [雑誌論文] Stochastic Particle Acceleration by the Forced Interaction of Relativistic Current Sheets (2008)
  • 著者名/発表者名: C. Jaroschek, M. Hoshino
  • 雑誌名: Adv.Space.Res. 41 ページ: 481-490
• [雑誌論文] Wakefield Acceleration by Radiation Pressure in Relativistic Shock Waves (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophys.J. 672 ページ: 940-956
• [雑誌論文] Low energy charged particle measurement by MAP-PACE onboard SELENE (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Saito, S. Yokota, K. Asamura, T. Tanaka, R. Akiba, M. Fujimoto, H. Hasegawa, H. Hayakawa, M. Hirahara, M. Hoshino, S. Machida, T. Mukai, T. Nagai, T. Nagatsuma, M. Nakamura, K. Oyama, E. Sagawa, S. Sasaki, K. Seki, T. Terasawa
  • 雑誌名: Earth, Planet and Space 60 ページ: 375-385
• [雑誌論文] Interaction between Alternating Magnetic Fields and a Relativistic Collisionless Shock (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata, M. Hoshino, C. Jaroschek, H. Takabe
  • 雑誌名: Astrophy. J. 680 ページ: 627-638
• [雑誌論文] The Role of Guide Field in Relativistic Pair Plasma Reconnection (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Zenitani, M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophy.J. 677 ページ: 530-544
• [雑誌論文] Transient and localized processes in the magnetotail : A revew (2008)
  • 著者名/発表者名: A. S. Sharma, R. Nakamura, A. Runov, E. E. Grigorenko, H. Hasegawa, M. Hoshino, P. Louarn, C. J. Owen, A. Petrukovich, J. -A. Sauvaud, V. S. Semenov, V. A. Sergeev, J. A. Slavin, B. U. O. Sonnerup, L. M. Zelenyi, G. Fruit, S. Haaland, H. Malova, K. Snekvik
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 26(4) ページ: 955-1006
• [雑誌論文] Nonthermal Acceleration of Charged Particles due to an Incoherent Wakefield Induced by a Large-Amplitude Light Pulse (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, Y. Sakawa, T. Kato, H. Takabe, M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophys.J.Lett. 682
• [雑誌論文] The Dawn-Dusk Asymmetry of Energetic Electron in the Earth's Magnetotail : Observation and Transport Models (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Imada, M. Hoshino, T. Mukai
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 113(A11)
• [雑誌論文] Electron Injection at High Mach Number Quasi-Perpendicular Shocks : Surfing and Drift Acceleration (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Amano, M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophys.J. 661 ページ: 190
• [雑誌論文] Dynamics of Thin Current Sheets : Cluster Observations (2007)
  • 著者名/発表者名: W. Baumjohann, A. Roux, O. Le Contel, R. Nakamura, J. Birn, M. Hoshino, A. T. Y. Lui, C. J. Owen, J. -A. Sauvaud, A. Vaivads, D. Fontaine, A. Rounov
  • 雑誌名: Annales Geophysicae 21 ページ: 1-25
• [雑誌論文] Particle Acceleration and Magnetic Dissipation in Relativistic Current Sheet of Pair Plasmas (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Zeniani, M. Hoshino
  • 雑誌名: Astrophys.J. 670 ページ: 702-726
• [学会発表] Reconnection in Relativistic and Strongly Magnetized Plasmas and Their Radiation (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Workshop on Opportunities in Plasma Astrophysics, Princeton Plasma Physics Laboratory, New Jersey
  • 年月日: 2010-01-18
• [学会発表] Collisiionless Shocks as Particle Accelerator in the Universe (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Workshop on indirect dark matter search, IMPU/University of Tokyo
  • 発表場所: Kashiwa
  • 年月日: 2009-12-07
• [学会発表] Particle Acceleration and Magnetic Field Generation in Relativistic Shocks (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 5th Korean Astrophysics Workshop on Shock Wave, Turbulence, and Particle Acceleration, APCTP, Pohang
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 2009-11-18
• [学会発表] Lecture on Particle Acceleration in Shock Waves (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International School-Particle Acceleration in the Universe
  • 発表場所: GCOE Program/Nagoya University
  • 年月日: 2009-11-12
• [学会発表] Particle Acceleration and Injection in Non-Relativistic Magnetosonic Shocks, Nonlinear Processes in Astrophysical Plasmas : Particle Acceleration, Magnetic Field Amplification, and Radiation Signatures (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Kavli Institute for Theoretical Physics, San Diego
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2009-09-25
• [学会発表] Toward Understanding of Electron Fermi Acceleration in Magnetosonic Shocks : Plasma Physics View, TeV Particle Astrophysics 2009 (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: SLAC National Accelerator Laboratory
  • 発表場所: USA
  • 年月日: 2009-07-27
• [学会発表] Particle Acceleration and Injection Problem in Collisionless Shocks (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: The high-energy astrophysics of outflow from compact objects, Ringberg Castle
  • 発表場所: Tegernsee, Germany
  • 年月日: 2008-12-11
• [学会発表] Particle Energization of Magnetic Reconnection in Space and Astrophysical Plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 2008 Huntsville Workshop : The physical processes for energy and plasma transport across magnetic boundaries
  • 発表場所: Huntsville, Alabama, USA
  • 年月日: 2008-09-26
• [学会発表] Particle Acceleration in Relativistic Astrophysical Shocks (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Congress on Plasma Physics (ICPP 2008)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2008-09-08
• [学会発表] Particle Acceleration and Injection Problem in Relativistic and Nonrelativistic Shocks (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Kinetic Modeling of Astrophysical Plasmas, Krakow
  • 発表場所: Poland
  • 年月日: 2008-09-06
• [学会発表] Shock Injection Problem and Beyond in Hybrid/Particle-in-Cell Simulations (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: COSPAR, Montreal
  • 発表場所: Canada
  • 年月日: 2008-07-14
• [学会発表] Relativistic Shock Acceleration with Intense Electromagnetic Fields (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 7`^<th> International Workshop on Nonlinear Waves and Turbulence in Space Plasmas, Beaulieu
  • 発表場所: France
  • 年月日: 2008-04-23
• [学会発表] Relativistic Shock and Particle Acceleration with Intense Electromagnetic Fields (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Workshop on Plasma Shock and Particle Acceleration, Senri-Chikusa
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2008-01-11
• [学会発表] Cosmic Ray Acceleration by Wakefield (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 2^<nd> International JEM-EUSO meeting, RIKEN
  • 発表場所: Saitama
  • 年月日: 2007-09-11
• [学会発表] Particle Acceleration by Radiation Pressure in Relativistic Shock Waves (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: ASTRONUM 2007 International Conference, Paris
  • 発表場所: France
  • 年月日: 2007-06-12
• [学会発表] Nonlinear Electromagnetic Waves and Nonthermal Particle Acceleration in Relativistic Shock Waves (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Japan-Korea Mini-Workshop on Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas, Daejeon
  • 発表場所: Korea
  • 年月日: 2007-04-11
• [図書] 宇宙プラズマの粒子シミュレーション (5.2章)、計算力学シミュレーションハンドブック (2009)
  • 著者名/発表者名: 星野真弘
  • 出版者: 丸善株式会社
• [図書] 天体物理学の基礎II、第2章「プラズマと電磁流体」、シリーズ現代の天文学 (2008)
  • 著者名/発表者名: 星野真弘
  • 出版者: 日本評論社
• [図書] シミュレーション天文学、第6.1章「プラズマ粒子シミュレーション」、シリーズ現代の天文学 (2007)
  • 著者名/発表者名: 星野真弘
  • 出版者: 日本評論社