Exploration of high-energy astrophysical phenomena in star and planet formation processes

探索恒星和行星形成过程中的高能天体物理现象

基本信息

批准号：
21H04487
负责人：
富田賢吾
金额：
$ 16.39万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では星形成過程・原始惑星系円盤において、非理想磁気流体効果や化学反応において重要となる宇宙線や高エネルギー光子による電離過程を取り入れた新たなモデルを構築する。今年度は前年度に引き続いてコードの開発と星形成・原始惑星系円盤におけｒ宇宙線加速の理論モデルの構築を行った。当初、宇宙線の伝播を解く手法として運動論方程式のゼロ次モーメントのみを解く拡散近似に基づく手法を選択したが、その後検討を重ね、１次モーメントまで解く手法に光速制限法を組み合わせた手法（Jiang & Oh 2018, Armillotta et al. 2021）の方が性能及び精度の両面で有利であることからこちらの手法に切り替えて、コードの開発を進めている。我々のシミュレーション(Takasao et al. 2019)から、激しくガス降着を起こしている若い原始惑星系円盤では、星磁場と円盤磁場の磁気リコネクションにより、太陽フレアよりも何桁もエネルギーの高い原始星フレアが駆動されることが分かった。太陽ではフレアに伴って高エネルギーの宇宙線が加速されていることが知られている。そこで、太陽フレアでの宇宙線加速とそれに伴うガンマ線放射を再現するようなモデルを構築し、これを拡張して原始星フレアにおける宇宙線加速と高エネルギー放射の理論モデルを構築した。その結果、原始星フレアは原始惑星系円盤の形成と進化に影響を与えうる宇宙線源となりえることがわかった。この成果はKimura et al. 2023として出版した。また、本研究で使うAthena++コードの新しい自己重力ソルバに関する論文（Tomida & Stone 2023, ApJS）を投稿し、受理された。

在这项研究中，我们将构建一个新的模型，该模型通过宇宙射线和高能光子结合了电离过程，这在恒星形成过程和原始磁盘中很重要。今年，在上一年之后，我们开发了代码，并构建了理论模型，用于恒星形成和Protoplanet磁盘上R宇宙射线的加速。 Initially, we chose a method based on a diffusion approximation that solves the propagation of cosmic rays, which solves only the zero-order moment of kinetic equations, but after further investigation, we have switched to this method, which combines the speed of light limiting method with the method of solving the first-order moment (Jiang & Oh 2018, Armillotta et al. 2021) in terms of both performance and accuracy, so we have switched to此方法并正在开发我们的代码。我们的仿真（Takasao等人，2019年）表明，在具有强烈气体积聚的年轻Protoplanet磁盘中，恒星和磁盘磁场的磁重连接驱动质体耀斑，它们比太阳能耀斑高。众所周知，高能宇宙射线在阳光下随着耀斑加速。因此，我们构建了一个模型，该模型重现了太阳耀斑和随附的伽马射线辐射中的宇宙射线加速度，并将其扩展为构建了宇宙射线加速度和高能量辐射的理论模型。结果，发现原恒星可以是宇宙射线的来源，可以影响原星盘的形成和演变。这项工作是Kimura等人出版的。 2023年。我们还提交了一篇有关本研究中使用的雅典娜++代码新的自重求解器（Tomida＆Stone 2023，APJ）的论文，并被接受。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

High-energy phenomena in protoplanetary disks

原行星盘中的高能现象

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Koji Mori;Takeshi G. Tsuru;Tetsu Kitayama (31番目);他;Kengo Tomida
通讯作者：
Kengo Tomida

High-energy phenomena in protoplanetary disks and their impacts on dynamics and chemistry

原行星盘中的高能现象及其对动力学和化学的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ishimoto Rikako;Kashikawa Nobunari;Kashino Daichi;Ito Kei;Liang Yongming;Cai Zheng;Yoshioka Takehiro;Okoshi Katsuya;Misawa Toru;Onoue Masafusa;Takeda Yoshihiro;Uchiyama Hisakazu;Kengo Tomida
通讯作者：
Kengo Tomida

Modeling Hadronic Gamma-Ray Emissions from Solar Flares and Prospects for Detecting Nonthermal Signatures from Protostars