粒子シミュレーションによる無衝突衝撃波のダイナミクスと粒子加速の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20740136
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 恒彦 大阪大学, レーザーエネルギー学研究センター, 特任研究員 (90413955)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• キーワード: プラズマ / 衝撃波 / 粒子加速 / 不安定性 / 磁場生成 / 宇宙物理学 / レーザー実験

研究概要

宇宙の超新星残骸などに見られる、電子・陽子プラズマ中の無衝突衝撃波の形成過程を、運動論的な電磁粒子シミュレーションを用いて研究した。その結果、プラズマ中に背景磁場が無い場合には、ワイベル不安定性が散逸を担う衝撃波が形成されることが示され、背景磁場がある場合は、磁場が弱くなるに従ってワイベル不安定性が作る磁場が重要となり、上流にフィラメント状構造、下流に乱流的磁場が作られることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Electrostatic and electromagnetic instabilities associated with electrostatic shocks: two-dimensional parti cle-in-cell simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Hideaki Takabe
  • 雑誌名: Physics of Plasmas 17 ページ: 032114(1-9)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 弱い背景磁場のある電子・イオンプラズマ中の非相対論的な無衝突衝撃波の2次元PICシミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦、高部英明
  • 雑誌名: 大阪大学サイバーメディアセンター計算機利用ニュース 5 ページ: 3-6
• [雑誌論文] High-Mach number collisionless shock and photo-ionized non-LTE plasma for laboratory astrophysics with intense lasers (2008)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Takabe, Tsunehiko N. Kato, et al. (47人中2番目)
  • 雑誌名: Plasma Physics and Controlled Fusion 50 ページ: 124057(15)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonrelativistic Collisionless Shocks in Unmagnetized Electron-Ion Plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Hideaki Takabe
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 681 ページ: L93-L96
  • 査読あり
• [学会発表] Nonrelativistic Collisionless Shocks in Weakly Magnetized Electron-Ion Plasmas: Two-Dimensional PIC Simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko Kato, Hideaki Takabe
  • 学会等名: Exploring Supernova Remnants and Pulsar Wind Nebulae in X-rays: before and after ASTRO-H
  • 発表場所: 神奈川県相模原市
  • 年月日: 20100218-20100219
• [学会発表] レーザー宇宙物理:弱い背景磁場中の非相対論的無衝突衝撃波 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦、高部英明
  • 学会等名: 日本天文学会2010年春季年会
  • 発表場所: 広島大学東広島キャンパス(広島県東広島市)
  • 年月日: 2010-03-26
• [学会発表] Non-relativistic collisionless shocks in unmagnetized and weakly magnetized plasmas (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Hideaki Takabe
  • 学会等名: 8th International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics (HEDLA2010)
  • 発表場所: California Institute of Technology Pasadena, California, USA
  • 年月日: 2010-03-15
• [学会発表] Problems caused by the shape factor of particle: Numerical Cherenkov Radiation (2010)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko Kato
  • 学会等名: PIC Code Comparison Workshop
  • 発表場所: Niels Bohr International Academy (Copenhagen, Denmark)(Invited)
  • 年月日: 2010-03-09
• [学会発表] PIC法による無衝突衝撃波のシミュレーションと"Numerical Cherenkov Radiation"について (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 先駆的科学計算に関するフォーラム2008～天文科学～
  • 発表場所: 九州大学情報基盤研究開発センター(福岡県福岡市)
  • 年月日: 20098721
• [学会発表] 弱い背景磁場中の非相対論的無衝突衝撃波 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 第22回理論懇シンポジウム「2010年代の理論天文学」
  • 発表場所: 名古屋大学野依記念学術交流館(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 20091220-20091222
• [学会発表] Non-relativistic Collisionless Shocks in Unmagnetized and Weakly Magnetized Electron-Ion Plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato
  • 学会等名: 5th Korean Astrophysics Workshop, Shock Waves, Turbulence, and Particle Acceleration
  • 発表場所: POSTECH (Pohang, Korea)(Invited)
  • 年月日: 2009-11-19
• [学会発表] SX9を用いた無衝突衝撃波の大規模粒子シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 大阪大学サイバーメディアセンター平成21年度スーパーコンピュータシンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学理工学図書館(大阪府吹田市)
  • 年月日: 2009-10-08
• [学会発表] Non-Relativistic Collisionless Shocks in Unmagnetized and Weakly Magnetized Electron-Ion Plasma (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato
  • 学会等名: Nonlinear Processes in Astrophysical Plasmas: Particle Acceleration, Magnetic Field Amplification, and Radiation Signatures
  • 発表場所: Kavli Institute for Theoretical Physics (UCSB, Santa Barbara, California, USA)(Invited)
  • 年月日: 2009-10-02
• [学会発表] Non-relativistic Collisionless Shocks in Electron-ion Plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Hideaki Takabe
  • 学会等名: 2009 International Conference on Laboratory Astrophysics
  • 発表場所: Silk Road Dunhuang hotel(Dunhuang, Gansu, China)
  • 年月日: 2009-07-18
• [学会発表] 電子・陽子プラズマ中の非相対論的無衝突衝撃波 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦、蔵満康浩、坂和洋一、高部英明
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学池袋キャンパス(東京都豊島区)
  • 年月日: 2009-03-29
• [学会発表] 背景磁場のある電子・イオンプラズマ中の非相対論的無衝突衝撃波 (2009)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦、坂和洋一、高部英明
  • 学会等名: 日本天文学会2009年春季年会
  • 発表場所: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス(大阪府堺市)
  • 年月日: 2009-03-27
• [学会発表] 非相対論的な無衝突衝撃波における背景磁場の影響について (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 第21回理論懇シンポジウム「理論天文学の将来」
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 20081215-20081217
• [学会発表] 無衝突衝撃波とWeibel不安定性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 科研費特定領域研究「ガンマ線バーストで読み解く太古の宇宙」第2回領域シンポジウム
  • 発表場所: 国立天文台(東京都三鷹市)
  • 年月日: 2008-11-29
• [学会発表] 弱い背景磁場中の非相対論的衝撃波 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会
  • 発表場所: 国民宿舎みやじま杜の宿(広島県廿日市市)
  • 年月日: 2008-11-28
• [学会発表] 無衝突衝撃波のPICシミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学研究会
  • 発表場所: 宮津ロイヤルホテル(京都府宮津市)
  • 年月日: 2008-11-16
• [学会発表] 背景磁場の無い電子・イオンプラズマ中の非相対論的無衝突衝撃波 (2008)
  • 著者名/発表者名: 加藤恒彦、蔵満康浩、坂和洋一、高部英明
  • 学会等名: 日本天文学会2008年秋季年会
  • 発表場所: 岡山理科大学(岡山県岡山市)
  • 年月日: 2008-09-12
• [学会発表] Nonrelativistic Collisionless Shocks in Unmagnetized Electron-ion Plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato
  • 学会等名: 2008 2nd Laboratory, Space, and Astrophysical Plasma Workshop
  • 発表場所: POSTECH (Pohang, Korea)(Invited)
  • 年月日: 2008-06-22
• [学会発表] Non-relativistic Collisionless shocks in unmagnetized electron-ion plasmas (2008)
  • 著者名/発表者名: Tsunehiko N. Kato, Yasuhiro Kuramitsu, Youichi Sakawa, Hideaki Takabe
  • 学会等名: American Physical Society, April meeting
  • 発表場所: Hyatt Regency St. Louis Riverfront (St. Louis, Missouri, USA)
  • 年月日: 2008-04-12