2014 Fiscal Year Annual Research Report
銀河のダイナモ機構：宇宙線と磁場が駆動する非線形ダイナミクスの検証
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23540274
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
工藤 哲洋 国立天文台, 理論研究部, 助教 (60413952)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2015-03-31
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| Keywords | 天文 / 宇宙物理 / 理論天文学 / 流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
銀河に存在する大スケールの磁場の起源はよくわかっていない。研究代表者はその有力な理論モデルである銀河のダイナモ機構の基礎過程としてパーカー不安定性の性質を調べた。特に、星間ガスに存在する宇宙線圧力の影響を研究した。宇宙線圧力は星間ガスにおいて磁気圧と同程度の強さで存在し、パーカー不安定性など磁場を介した星間ガスの力学に大きな影響を与えうる。
研究代表者は宇宙線の圧力を取り入れた磁気流体力学の数値シミュレーションコードを開発し、それを用いて、パーカー不安定性の数値シミュレーションを行った。昨年度までの研究により、宇宙線圧力の強さによって、銀河面に対する対称性が異なる事を明らかにした。今年度は圧力や密度の銀河面に対する鉛直分布に着目し解析した。その結果、パーカー不安定性が十分成長した後の平均的な圧力の鉛直分布を見ると、高緯度の領域では、宇宙線圧、磁気圧、ガス圧の順に強くなることがわかった。これは、パーカー不安定性の成長によって、ガスは銀河面に落下し、宇宙線や磁場は上空に排出されたためと理解できる。一方、銀河面付近では、ガス圧、磁気圧、宇宙線圧の順に強くなり、初期に宇宙線圧よりも弱かった磁気圧が銀河面では相対的に大きくなることがわかった。これは磁場よりも宇宙線の方が上空に排出されやすいためと考えられる。なお、太陽は銀河面付近に位置するため、（新たな宇宙線の発生がなければ）高緯度領域に比べると相対的に宇宙線圧が弱いところにあると推定することが出来た。
また、本研究から派生した研究として、磁場がある場合のケルビンヘルムホルツ不安定性における宇宙線の影響を共同研究によって調べた。パーカー不安定性などにより、星間ガスに剪断流が発生した場合、ケルビンヘルムホルツ不安定性が成長する可能性がある。解析の結果、宇宙線圧力が高いと、ケルビンヘルムホルツ不安定性の成長率も大きくなることがわかった。
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