2014 Fiscal Year Research-status Report
パルサー終端衝撃波における新しい粒子加速過程の探求
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25871054
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
銭谷 誠司 国立天文台, 理論研究部, 特任助教 (10623952)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 磁気リコネクション / 衝撃波 / 高速流体力学 / アルゴリズム / 相対論プラズマ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
衝撃波と磁気リコネクションの相互作用の様子を知るために、磁気リコネクションの磁気流体（MHD）シミュレーションで見られる衝撃波構造の詳細な研究を行った。特に、系の典型プラズマベータ（プラズマ圧：磁気圧の比）が低い場合には、リコネクションジェットが相対的に音速より速くなるため、「ショック＝ダイアモンド」などの特徴的な構造が現れる。これらは、航空機周辺の気流や天体ジェットと同様の、高速流体（圧縮性流体）に共通の現象であることがわかった。
また、我々の目指すプラズマ粒子シミュレーションでは（１）相対論的に高温の熱速度を持つ粒子分布や（２）相対論的なバルク速度で流れている粒子分布をセットアップする必要がある。しかし、そのための基本アルゴリズムはあまり知られていなかった。我々は、これら（１、２）の分布関数を生成するアルゴリズムを議論した。（１）については、Sobol (1976）の考案したアルゴリズムを採用した。さらに（２）については、ローレンツ変換の空間部分を考慮して、任意の分布関数のプラズマ粒子群を適切に初期化するアルゴリズムを新しく考案した。この両者を組み合わせた Sobol=Zenitani 法は、物理的に明快で汎用性も高いため、相対論プラズマ粒子シミュレーションの標準アルゴリズムになることを期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、相対論衝撃波系の多次元プラズマ粒子シミュレーションを行い、幾つかの粒子加速の可能性を探るはずであった。しかし、現在も計算および解析を進めている途中であり、最終的なシミュレーションには至っていない。一方、この解析の副産物として、粒子シミュレーション分野の基盤技術になるであろう基礎アルゴリズムを整理・考案することができた。また、磁気流体（MHD）シミュレーションで磁気リコネクションと衝撃波の相互作用を研究することで、衝撃波の流体的性質や天体ジェット物理との関連性を理解することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前半は、一連の研究過程で浮上した基本問題：相対論プラズマ粒子の粒子量と流体量との対応を議論する予定である。現在、相対論粒子シミュレーションの計算結果を解析・議論する枠組みが知られておらず、この分野のボトルネックになっていると思うからである。後半は、終端衝撃波の多次元粒子シミュレーションを行い、衝撃波の長期発展・乱流的崩壊過程や上流パラメーターとの関係を議論する。
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[Journal Article] Theory and Modeling for the Magnetospheric Multiscale Mission2014
Author(s)
M. Hesse, N. Aunai, J. Birn, P. Cassak, R. Denton, J. F. Drake, T. Gombosi, M. Hoshino, W. Matthaeus, D. Sibeck, and S. Zenitani
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Journal Title
Space Science Reviews
Volume: N/A
Pages: Online first
DOI
Peer Reviewed
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