放射減衰を考慮した相対論的プラズマシートの動力学と粒子加速

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22340169
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 星野 真弘 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90241257)
• キーワード: 磁気リコネクション / 粒子加速 / 高エネルギー天体 / 数値シミュレーション / 乱流

研究概要

太陽圏終端衝撃波やパルサー風星雲の終端衝撃波では、多数の電流層が形成されることが理論的に予想されており、このような系で生じる磁気リコネクションは多数の磁気島を伴う磁気リコネクション過程が進行することが想定される。このような系での高エネルギー粒子加速を2次元粒子コードを用いた計算を行った。本年度は以下の成果を得た。
昨年度は、相対論的温度を持ったプラズマシートでの乱流リコネクションについての研究であったので、それを発展させて非相対論的温度についても計算を行った。加速効率は、初期温度にはほとんど依存せずに、べき則に従う非熱的粒子が形成されることを大規模数値計算で確かめた。
また、プラズマシートに対して縦磁場（ガイド磁場）の有無についても考察を行った。今回は空間2次元の計算であるので、リコネクションの構造には若干の非対称性があらわれるが、粒子加速の効率の観点では、縦磁場の有無にかかわらず、高効率の粒子加速が進行することが確かめられた。
以上の結果から、少なくとも2次元系においては、多数の磁気島を伴う乱流リコネクションにおいては、乱流的散乱により高効率の粒子加速過程が起きることが示された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

我々が提案している多数の磁気島合体による磁気リコネクションの粒子加速過程は、プラズマシートの初期温度や磁場配位などにあまり依存せず、高効率の粒子加速が幅広いプラズマ現象に応用できることが分かっていきたのは予想以上の成果である。

今後の研究の推進方策

これまでは空間2次元の計算に留まっていたが、粒子の輸送過程は空間次元に大きく左右される。3次元の粒子コードを用いた大規模計算により、空間3次元性によって加速効率がどの程度修正を受けるか調べる。

研究成果

• [雑誌論文] Non-adiabatic Ion Acceleration in the Earth Magnetotail and Its Various Manifestations in the Plasma Sheet Boundary Layer (2011)
  • 著者名/発表者名: E. Grigorenko, L.M. Zelenyi, M.S.Dollgonosov, A.V. Artemiev, C.J. Owen, J.-A. Sauvard, M. Hoshino and M. Hirai
  • 雑誌名: Space Science Review 巻: 164 ページ: 133-181
  • DOI: DOI10.1007/s11214-011-9858-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow-turbulence interaction in magnetic reconnection (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Yokoi and M. Hoshino
  • 雑誌名: Physics Plasmas 巻: 18(11)
  • DOI: DOI:10.1063/1.3641968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Favorable conditions for energetic electron acceleration during magnetic reconnection in the Earth's magnetotail (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Imada, M. Hirai, M. Hoshino and T. Mukai
  • 雑誌名: J. Geophys. Res. 巻: 116(A8)
  • DOI: DOI:10.1029/2011JA016576
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Evidence of Nonthermal Acceleration of Relativistic Electrons by an Intensive Laser Pulse (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuramitsu, N. Nakanii, K. Kondo, Y. Sakawa, Y. Mori, E. Miura, K. Tsuji, K. Kimura, S. Fukumochi, M. Kashihara, T. Tanimoto, H. Nakamura, T. Ishikura, K. Takeda, M. Tampo, R. Kodama, Y. Kitagawa, K. Mima, K. A. Tanaka, H. Takabe, and M.Hoshino
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 83(2)
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevE.83.026401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic reconnection in an anisotropic plasma: Observation and theory (2011)
  • 著者名/発表者名: C.-C. Hung, L.-N. Hau, and M. Hoshino
  • 雑誌名: Geophys. Res. Letters 巻: 38 ページ: -
  • DOI: DOI:10.1063/1.3641968
  • 査読あり
• [学会発表] Particle Acceleration in Turbulent Magnetic Reconnection and in Accretion Disks (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: 11th International Workshop on the Interrelationship between Plasma Experiments in the Laboratory and in Space (IPELS)
  • 発表場所: Whistler, Canada
  • 年月日: 20110710-15
• [学会発表] Stochastic Particle Acceleration in Multiple Magnetic Reconnection Sites
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: International Astrophysics Forum Alpbach (IAFA)
  • 発表場所: Alpbach, Austria
  • 招待講演
• [学会発表] Lecture on Kinetic Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Summer School of MHD and Kinetic Processes in Laboratory, Space and Astrophysical Plasmas
  • 発表場所: KIAA, Peking University. China
  • 招待講演
• [学会発表] Particle Acceleration in Relativistic Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: Understanding Relativistic Jets
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 招待講演
• [学会発表] Electron Acceleration in Reconnection
  • 著者名/発表者名: M. Hoshino
  • 学会等名: ISSI Workshop on particle acceleration in cosmic plasmas
  • 発表場所: Bern, Swissland
  • 招待講演