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，我们将构建一个新模型，其中包含宇宙射线和高能光子引起的电离过程，这对于非理想磁流体动力学效应以及恒星形成过程和原行星盘中的化学反应非常重要。今年，继去年之后，我们开发了代码并构建了恒星形成和原行星盘中r宇宙射线加速的理论模型。最初，我们选择了基于扩散近似、仅求解动力学方程零阶矩的方法作为求解宇宙线传播的方法，但经过进一步考虑，我们决定结合光速限制方法使用求解一阶矩的方法（自 Jiang & Oh 2018，Armillotta et al. 2021）在性能和精度方面更有优势，我们正在切换到该方法并继续进行代码开发。我们的模拟（Takasao et al. 2019）表明，在经历强烈气体吸积的年轻原行星盘中，由于恒星磁场和盘磁场之间的磁重联，发现了能量比太阳耀斑高出许多数量级的原恒星耀斑。被驱动。众所周知，高能宇宙射线会被太阳上的耀斑加速。因此，我们构建了一个再现太阳耀斑中宇宙线加速和相关伽马射线辐射的模型，并将该模型扩展为构建原恒星耀斑中宇宙线加速和高能辐射的理论模型。结果表明，原恒星耀斑可能是影响原行星盘形成和演化的宇宙射线源。该结果发表为 Kimura et al. 2023。我还提交了一篇关于本研究中使用的 Athena++ 代码的新自重力求解器的论文 (Tomida & Stone 2023, ApJS)，该论文被接受。