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。

我们从理论上研究了早期宇宙中宇宙射线引起的磁场产生机制和气体加热机制，以及宇宙射线产生的二次电子的加速。第一颗恒星爆炸为超新星后，宇宙射线在超新星遗迹中加速。我们定量评估了第一束宇宙射线在红移z=2-20处的宇宙中新的气体加热机制和二次电子加速机制，并发表了论文。当宇宙射线扩散到星际空间时，就会产生宇宙射线流。为了抵消宇宙射线电流而产生的热电子的返回电流由于与热气体的相互作用而受到阻力。通过对早期宇宙中形成的星系周围的电阻引起的气体加热进行定量评估，我们发现早期宇宙中气体的加热机制（X射线加热和宇宙射线的电离加热）得到了证实。通过比较，可以清楚地看出，宇宙射线电流引起的电阻加热有时会更有效地加热气体，并且随着气体被加热，电阻会减弱，最终电阻加热变得无效。该电阻产生的电阻电场也会加速宇宙射线产生的二次电子。另一方面，作为反应，热电子的返回电流和电阻电场变弱。通过假设空间均匀性，我们成功地通过分析解决了这一系列的时间发展。此外，为了研究消除空间均匀性假设时的演化，我们同时研究了二次电子的产生、电场加速、原子和分子的激发和电离引起的能量损失以及电阻电的演化。我完成了一个计算代码，以数值方式解决了这个问题。

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

Synchrotron Self-Compton Emission in the Two-Component Jet Model for Gamma-Ray Bursts

• DOI: 10.1016/j.jheap.2022.12.004
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: Journal of High Energy Astrophysics
• 影响因子: 3.8
• 作者: Yuri Sato;K. Obayashi;B. Zhang;S. Tanaka;K. Murase;Y. Ohira;R. Yamazaki