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2016 年度 実績報告書

無衝突系の降着円盤における磁気回転不安定と粒子加速

研究課題

研究課題/領域番号 25287151
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)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード降着円盤 / 粒子加速 / 角運動量輸送 / 磁気リコネクション / 磁気回転不安定 / 乱流 / ダイナモ
研究実績の概要

宇宙における降着円盤は重力回転系での普遍的構造であり、円盤ガスが中心天体に降着して莫大な重力エネルギーが開放されていることはよく知られている。一方、円盤ガスの効率よい降着メカニズムの理論的理解は長らく未解決であったが、1991年ごろから電磁流体近似のもとで、磁場の張力を介したプラズマと波動の角運動量交換過程を取り入れることで、効率よい降着が可能であることが議論されてきた。本研究では、従来の電磁流体近似の枠組みを超えて、プラズマ運動論の効果を取り入れることで、さらに効率のより降着が可能になることを研究した。

降着円盤では磁気回転不安定が主要な役割を果たすが、動径方向の磁場成分は、微分回転(ケプラー回転)によって引き延ばされることで、磁場強度が増幅される。一方増幅された磁場は、磁気リコネクションによって散逸されるが、磁場の増強(ダイナモ作用)とリコネクション散逸のバランスにより降着円盤での平均磁場強度が決まる。その結果磁場を介した角運動量輸送と降着率が規定される。

我々は粒来から使われている粒子計算に加えて流体近似のもとで圧力テンソル6成分の時間発展を記述する計算コードを独自に開発し、それらを用いて無衝突系降着円盤の角運動量輸送を調べた。運動論効果を取り入れることで、磁気リコネクションの発達段階で圧力非等方成分が作られ、そのプラズマ自身が磁気リコネクションの成長度を弱めるので、磁気回転不安定の非線形段階での平均磁場強度が大きくなり、降着率がこれまでの流体近似に比べて10倍程度大きくなること見出した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Turbulence Heating ObserveR - satellite mission proposal2016

    • 著者名/発表者名
      A. Vaivads 他47名、M. Hoshino (20番目)
    • 雑誌名

      Journal of Plasma Physics

      巻: 82 ページ: -

    • DOI

      10.1017/S0022377816000775

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A new framework for magnetohydrodynamic simulations with anisotropic pressure2016

    • 著者名/発表者名
      K. Hirabayashi, M. Hoshino, and T. Amano
    • 雑誌名

      Journal of Computational Physics

      巻: 327 ページ: 851-872

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1016/j.jcp.2016.09.064

    • 査読あり
  • [学会発表] Particle Acceleration in Laboratory Plasma Astrophysics2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hoshino
    • 学会等名
      International School and Workshop, Matter in Extreme Conditions from Material Science to Planetary Physics
    • 発表場所
      Montgenevre, France
    • 年月日
      2017-01-29 – 2017-02-04
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Turbulent dissipation and particle acceleration in high Mach number shocks2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hoshino
    • 学会等名
      THOR workshop
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2016-09-27 – 2016-09-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rapid Energy Dissipation during Magnetic Reconnection with Poynting Flux Injection2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hoshino
    • 学会等名
      International Congress of Plasma Physics (ICPP2016)
    • 発表場所
      Kaohsiung, Taiwan
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-07-01
  • [学会発表] Magnetic energy dissipation of plasma sheet under coupling of magnetic reconnection and lower hybrid drift instability2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hoshino
    • 学会等名
      Japan Geoscience Union Meeting
    • 発表場所
      幕張メッセ、幕張、千葉
    • 年月日
      2016-05-22 – 2016-05-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Particle acceleration in the plasma Universe2016

    • 著者名/発表者名
      M. Hoshino
    • 学会等名
      Korean Physical Society
    • 発表場所
      Daejeon, Korea
    • 年月日
      2016-04-19 – 2016-04-23
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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