Study for acceleration mechanism of first cosmic rays and their influences

第一宇宙线加速机制及其影响研究

• 批准号: 19H01893
• 负责人: 大平 豊
• 金额: $ 9.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H01893/
• 关键词: 宇宙線; 磁場; プラズマ; 衝撃波; 初期宇宙

宇宙初期での宇宙線による磁場生成機構とガスの加熱機構、宇宙線が作る2次電子の加速について理論的に調べた。初代星が超新星爆発した後の超新星残骸で、宇宙線が加速される。この初代宇宙線による赤方偏移z=2-20の宇宙における新しいガスの加熱機構や2次電子の加速機構を定量的に評価し論文にした。宇宙線が銀河間空間に広がっていく際、宇宙線電流が生じる。その宇宙線電流を打ち消すために生じる熱的電子の帰還電流は、熱的ガスとの相互作用による抵抗を感じる。宇宙初期に形成された銀河周囲でのこの電気抵抗によるガス加熱を定量的に評価した結果、これまで考えられていた宇宙初期でのガスの加熱機構(X線加熱と宇宙線による電離加熱)に比べて、宇宙線電流が誘導する抵抗性加熱の方が効率良くガスを加熱する時期があること、ガスの加熱によって抵抗が弱くなり、最終的には抵抗性加熱が効かなくなることが明らかになった。また、この抵抗によって生じる抵抗性電場は、宇宙線が作り出す2次電子を加速させる。一方でその反作用として、熱的電子の帰還電流と抵抗性電場が弱くなる。空間的に一様であることを仮定することで、この一連の時間発展を解析的に解くことに成功した。また、空間の一様性の仮定を取り除いた場合についての発展を調べるため、2次電子の生成、電場による加速、原子や分子の励起や電離にともなるエネルギー損失、抵抗性電場の発展を同時に数値的に解く計算コードを完成させた。

从理论上讲，我们通过宇宙射线，气体加热机制以及早期宇宙中宇宙射线产生的二次电子的加速度研究了磁场生成的机理。原始星球爆炸后，宇宙射线在超新星遗骸中加速。我们定量评估了宇宙中新的气体加热机理和二级电子加速机制，其红移Z = 2-20由这种原始宇宙射线引起，并已在论文中发表。当宇宙射线扩散到层状空间中时，会发生宇宙射线电流。由于与热气体的相互作用，认为取消宇宙射线电流的热电子的反馈电流被抵抗。定量评估由早期宇宙中形成的星系周围的电阻引起的气体加热，结果表明，宇宙射线电流诱导的电阻加热在加热气体中更有效，并且与先前思考的气体加热机制相比，与先前思考的气体加热相比，气体加热削弱了电阻，并且最终的电阻加热变得无效。此外，这种电阻产生的电阻电场加速了宇宙射线产生的二次电子。另一方面，热电子的反馈电流和电阻电场随着反应而变得较弱。通过假设空间统一性，我们成功地通过分析了这一系列的时间发展。此外，为了研究除去空间均匀性的情况的发展，我们已经完成了一个计算代码，该代码同时求解了二次电子的产生，由于电场而导致的加速度，与原子和分子的激发和电离有关的能量损失以及电阻电场的发展。

项目成果

The Gamma-Ray Emission from the Supernova Remnant RX J1713.7-3946 Interacting with Two-phase Medium

• DOI: 10.3847/1538-4357/ac731e
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Y. Fujita;R. Yamazaki;Y. Ohira

University of Bath(英国)

巴斯大学（英国）

Particle Acceleration in a Shock Wave Propagating to an Inhomogeneous Medium

传播到非均匀介质的冲击波中的粒子加速

• DOI: 10.3847/1538-4357/ab93c3
• 发表时间: 2020
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Yokoyama Shota L.;Ohira Yutaka
• 通讯作者: Ohira Yutaka

Magnetic Field Generation by an Inhomogeneous Return Current

由不均匀返回电流产生磁场

• DOI: 10.3847/2041-8213/ab963d
• 发表时间: 2020
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Sato Yuri;Obayashi Kaori;Yamazaki Ryo;Murase Kohta;Ohira Yutaka;斉田浩見;斉田浩見;Hiromi Saida;斉田浩見;Ohira Yutaka
• 通讯作者: Ohira Yutaka

Escape of cosmic rays from perpendicular shocks in the circumstellar magnetic field

• DOI: 10.1103/physrevd.106.123025
• 发表时间: 2022-07
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Shoma F. Kamijima;Y. Ohira