研究課題/領域番号 |
19H01893
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研究機関 | 東京大学 |
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)
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研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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キーワード | 初期宇宙 / 磁場 / 宇宙線 / プラズマ / 衝撃波 |
研究実績の概要 |
初期宇宙での宇宙線による磁場生成機構について理論的に調べた。初代星が超新星爆発した後の超新星残骸で、宇宙線が加速される。この初代宇宙線による赤方偏移z~20の宇宙における新しい磁場生成機構を発見し論文にした。宇宙線電流を打ち消すために生じる電子の帰還電流によって生じる電子の流れは、電子の密度分布を変えずに圧力分布だけを変えること、それによってビアマンバッテリー機構が働き磁場が生成されることを発見した。多流体プラズマシミュレーションによって、発見した新しい磁場生成機構を再現することにも成功した。 初期に磁場がない部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突衝撃波中の磁場生成機構について理論的に調べた。電荷交換反応によって、陽子プラズマのみが実質加速されること になり、電子と陽子との間で相対速度が生成され磁場が作られることを発見し、論文にした。また、電荷交換反応によって生じる陽子ビームが電子の帰還電流を誘導するため、上記のその他の磁場生成機構も働くことを示した。 宇宙線が初期宇宙空間を伝搬する際に、熱的プラズマ同士の電気抵抗によって発生する電場を定量的に評価した。地球上の雷の発生機構を宇宙に応用することで、その電場で宇宙線が作り出す2次電子が加速されることを発見した。2次電子の加速によって、熱的電子の帰還電流が減少すること、それによって電子の帰還電流を起因とする磁場生成機構が抑えられることを発見した。さらに、電気抵抗によるプラズマ加熱が、初期宇宙のガスの加熱に効くことも発見した。
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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
目標とする、部分電離プラズマ中を伝搬する無衝突衝撃波をシミュレーションする計算コード開発は、遅れている。一方、初期宇宙での磁場生成について新しい機構を2つ発見し2本論文にした。また初代宇宙空間を宇宙線が伝播する際は、電場が生成され宇宙線の伝搬に重要になることを発見した。さらにその電場による2次粒子の加速がその後の電場の発展に重要になることを発見した。 これらを総合してこのように判断した。
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今後の研究の推進方策 |
スーパーコンピューター「富岳」を用いて、初期宇宙での超新星爆発によって作られた完全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行う。シミュレーションコードは、千葉大学の松本洋介准教授が開発したものを使う。これによって、初代超新星残骸の無衝突衝撃波でどのような磁場が生成されるか?そこで宇宙線が加速されるか?を明らかにする。 初期宇宙空間を伝搬する宇宙線による2次加速の現象は、より長期的な発展、2次粒子が引き起こする電離影響や宇宙線による電離率の定量的評価が謎のままである。これらを明らかにするため、2次粒子を粒子として計算するシミュレーションが必要になる。計算コードを開発し、これらの現象を明らかにする。
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