電子エネルギースペクトルの時間・空間分布解明を目指す宇宙ジェット磁気流体数値実験

数值空间喷射磁流体动力学实验旨在阐明电子能谱的时空分布

• 批准号: 20J12591
• 负责人: 大村 匠
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J12591/
• 关键词: 活動銀河核ジェット; 数値シミュレーション; 流体; 宇宙物理学; 理論天文学

重力天体の活動の一つであるジェットは、宇宙を代表する高エネルギー現象の一つである。しかし、ジェットのエネルギーや活動期間、プラズマの組成は未だ謎に包まれている。ジェットは、遠方の物質と激しく相互作用することで多波長に渡る電磁波を放射する。そのため、大スケールにおけるジェットの運動と観測される電磁放射の情報とを結びつけることは、ジェットの物理量を解明する上で重要である。ジェットからの電磁放射の大部分は電子が担っているが、ジェットのような高温希薄なプラズマにおいては、電子と陽子の温度の異なる２温度状態であることが知られている。しかし、これまでのジェットに関する数値シミュレーションでは、プラズマの２温度性が無視されてきた。そこで、本課題では、プラズマの２温度性を考慮した数値計算コードを開発し、大スケールジェットの伝搬問題に適用した。さらに、磁気乱流や衝撃波で生じる瞬間的な電子加熱現象を適切にモデル化し、より現実に即したシミュレーションを行った。その結果、大スケールジェットは伝搬中に生じる衝撃波や磁気乱流によって陽子が優先的に加熱されることを確認した。特に、電子が加熱されやすい強磁場ジェットにおいても、ジェットの膨張は熱的な陽子が担うことを明らかにした。一方で、得られた電子の熱エネルギー分布をもとに電波放射強度を算出した結果、注入したジェットのエネルギーの0.01から0.1パーセントしか電磁放射として解放することができず、放射非効率な電波ジェットとなることを示した。本課題では非熱放射を担う宇宙線電子は電子温度からの簡単な近似によって見積もった。しかし、宇宙線電子は熱的電子が加速されて生成される。そのため、本課題によって明らかにした電子温度分布は宇宙線電子の進化を計算する上で影響を与える可能性がある。

喷流是引力体的活动之一，是代表宇宙的高能现象之一。然而，射流的能量、活跃期和等离子体成分仍然笼罩在神秘之中。喷流通过与遥远物质的强烈相互作用而发射跨越多个波长的电磁波。因此，将大规模射流运动与观测到的电磁辐射信息联系起来对于阐明射流物理量非常重要。射流的大部分电磁辐射是由电子引起的，众所周知，在高温、稀等离子体（例如射流）中，存在两种不同的温度状态：电子和质子。然而，在之前的射流数值模拟中，等离子体的双温度特性被忽略了。因此，在本项目中，我们开发了考虑等离子体二温性质的数值计算代码，并将其应用于大规模射流的传播问题。此外，我们还对磁湍流和冲击波引起的瞬时电子加热现象进行了适当的建模，进行了更加真实的模拟。结果证实，在大型射流中，质子优先被传播过程中产生的冲击波和磁湍流加热。特别是，研究表明，即使在电子容易被加热的强磁场射流中，热质子也是射流膨胀的原因。另一方面，根据获得的电子的热能分布计算无线电波辐射强度的结果发现，注入的射流能量中只有0.01％至0.1％可以作为电磁辐射释放，这使其成为结果表明，辐射效率较低的无线电波射流。在该项目中，通过电子温度的简单近似来估计负责非热辐射的宇宙射线电子。然而，宇宙射线电子是由热加速电子产生的。因此，该项目揭示的电子温度分布可能会对计算宇宙射线电子的演化产生影响。

项目成果

磁気流体数値実験によるAGNジェットの電子加熱領域の調査

磁流体动力学数值实验研究AGN射流电子加热区域

• 发表时间: 2020
• 作者: Yu Craig P.;Kojima Naoya;Kumagai Shohei;Kurosawa Tadanori;Ishii Hiroyuki;Watanabe Go;Takeya Jun;Okamoto Toshihiro;大村匠，町田真美
• 通讯作者: 大村匠，町田真美

W50/SS433の構造形成に関する磁気流体計算IV

W50/SS433 IV 结构形成的磁流体动力学计算

• 发表时间: 2021
• 作者: 大前陸人;赤堀卓也;町田真美;大前陸人 赤堀卓也 町田真美;田嶋裕太 大村匠 町田真美;大村匠 町田真美 松本洋介;大村匠 酒見はる香 田嶋裕太 大前陸人 町田真美
• 通讯作者: 大村匠 酒見はる香 田嶋裕太 大前陸人 町田真美

Continuous Jets and Backflow Models for the Formation of W50/SS 433 in Magnetohydrodynamics Simulations

• DOI: 10.3847/1538-4357/abe5a1
• 发表时间: 2021-02
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: T. Ohmura;K. Ono;H. Sakemi;Y. Tashima;R. Omae;M. Machida

CANS+によるAGNジェット伝搬の高空間分解能MHD数値実験

使用 CANS+ 进行 AGN 射流传播的高空间分辨率 MHD 数值实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 大前陸人;赤堀卓也;町田真美;大前陸人 赤堀卓也 町田真美;田嶋裕太 大村匠 町田真美;大村匠 町田真美 松本洋介
• 通讯作者: 大村匠 町田真美 松本洋介

An interaction between jets and intra-cluster magnetic layer

喷流与簇内磁层之间的相互作用

• 发表时间: 2021
• 期刊: Naturye
• 作者: James O. Chibueze;Haruka Sakemi;Takumi Ohmura;Mami Machida;Hiroki Akamatsu;Takuya Akahori;Hiroyuki Nakanishi;Viral Parekh;Ruby van Rooyen;and Tsutom T. Takeuchi
• 通讯作者: and Tsutom T. Takeuchi