磁気流体数値実験による相対論的ジェットの物理状態の解明

通过磁流体动力学数值实验阐明相对论射流的物理状态

• 批准号: 22K14032
• 负责人: 大村 匠
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14032/
• 关键词: 活動銀河核ジェット; 磁気流体シミュレーション; 宇宙線; 流体; 数値シミュレーション; 電波天文学; 衝撃波; 乱流

相対論ジェットの終端に形成される電波ローブは, 超高エネルギー宇宙線の加速源として期待されている. しかし，宇宙線加速を論じる上で重要なジェットのプラズマ組成や磁場，温度，密度といった基本的な物理量に強い制限がついていない．そこで本研究では，電波観測との精密な比較を行うことでジェットの物理状態を解明することを目的とする．本年度は，非熱的放射をモデル化するために既存の磁気流体シミュレーションコードに宇宙線の空間及びエネルギー時間進化を解くソルバーを開発した．コードの応用課題として，銀河団内で観測されるWide-angle Tiled電波銀河における宇宙線乱流再加速現象の解明を試みた．その結果，電波スペクトルの空間構造の再現には乱流再加速が必要不可欠であること，及び，近傍の電波銀河では将来の硬X線観測の可能性があり，再加速効率を制限しうることがわかった．本成果は学術論文にまとめAPJに投稿し現在査読プロセス中である．また，国内・国際研究会にてそれぞれ１報ずつ発表し，Leiden大学（蘭）ではセミナーを行い高い評価を得ることができている．年度後半では，相対論ジェットの宇宙線加速機構解明に迫るべく，乱流再加速に加え衝撃波加速の物理を加えたモデル構築の検討をおこなった．本成果に加えて，ジェット内部での電子と陽子の温度非熱平衡を考慮したシミュレーションを実施し，２報学術論文として投稿した．また，偏波放射模擬観測に特化した数値コードを共同研究者との開発を行い，渦状電波に適応し論文を出版している．

在相对性喷气机结束时形成的无线电波叶有望成为超高能量宇宙射线加速的来源。但是，基本物理量（例如等离子体组成，磁场，温度和JET的密度）没有强大的限制，这对于讨论宇宙射线加速度很重要。因此，本研究旨在通过与无线电波观测进行精确的比较来阐明喷气机的物理状态。今年，我们开发了一个求解器，该求解器解决了现有的磁性模拟代码中宇宙射线的时空演化，以模拟非热辐射。作为代码的应用，我们试图阐明在星系簇中观察到的广角瓷砖射电星系中宇宙射线湍流的重新加速。结果，发现湍流重新加速对于重新加速了无线电波光谱的空间结构，并且在附近的无线电波星系中，可能会有未来的硬X射线观测值，这可能会限制重新加速效率。该结果被编译成学术论文，目前属于同行评审过程。此外，在国内和国际研究小组中发表了一份报告，并在莱顿大学（RAN）举行了一个研讨会，并获得了高度赞扬。为了阐明相对论喷气机的宇宙射线加速度机理，我们研究了一个模型的构建，该模型除了湍流重新加速外，我们还研究了一个模型。除此结果外，还考虑了射流内电子和质子的温度平衡，并作为两部分的学术论文进行了模拟。他还开发了专门研究与合作者模拟极化辐射观察的数值代码，并发表了适合涡旋无线电波的论文。

项目成果

Two-temperature magetohydrodynamic simulation of jets in galaxy cluster - The X-ray property of the forward shocks -

星系团喷流的二温磁流体动力学模拟-前向激波的X射线特性-

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Ohmura;Mami Machida;Hiroki Akamatsu
• 通讯作者: Hiroki Akamatsu