Particle simulation of cosmic ray acceleration/transport in global heliosphere

全球日光层中宇宙射线加速/传输的粒子模拟

• 批准号: 22H01287
• 负责人: 松清 修一
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01287/
• 关键词: 宇宙線加速・輸送; 太陽圏; 粒子シミュレーション; 磁気流体シミュレーション

NASAのOMNIデータを用いて日ごとの太陽風変動の情報を入力として取り入れた3次元MHD計算を行い、太陽圏の大域的構造を再現した。Voyager 1号、2号の軌道に沿った太陽圏界面の位置が120天文単位付近にあることを確認した。太陽風中の乱流の効果で、終端衝撃波の局所的な衝撃波角が50度程度になる場合があることに着目し、この場合の終端衝撃波の2次元フル粒子計算を行った。このときピックアップイオンの存在を陽に考慮して、背景電子、陽子、およびピックアップイオン（相対密度25%の陽子）から成るプラズマを想定した。アルフベンマッハ数は5.1、上流電子ベータ値は0.25、上流電子のプラズマ周波数とサイクロトロン周波数の比は4、イオン・電子間質量比を100とした。斜め衝撃波特有の現象であるイオンの反射が見られたが、反射されるのはピックアップイオンのみで、背景イオンは反射されないことがわかった。一部のピックアップイオンはイオンジャイロ周波数の逆数の100倍程度の時間をかけて非熱的エネルギーにまで加速された。加速機構として衝撃波ドリフト加速が確認されたが、詳しい粒子軌道解析によって、衝撃波での反射直後には異なる加速機構がはたらくことがわかった。反射イオンが励起する上流波動がピックアップイオンの初期加速に影響している可能性について、詳細を解析中である。定常太陽風条件下での太陽圏の3次元MHD計算結果を用いて、銀河宇宙線の太陽圏内への進入過程をテスト粒子計算した。従来よりも桁違いに多くの粒子軌道を追うことで統計精度を上げることに成功しており、現在データを精査中である。

利用 NASA 的 OMNI 数据，我们进行了三维 MHD 计算，将每日太阳风波动信息作为输入，并再现了日光层的整体结构。我们确认日球层顶沿航海家一号和二号轨道的位置约为 120 个天文单位。针对由于太阳风湍流的影响，终端激波的局部激波角可能约为50度的事实，我们对这种情况下的终端激波进行了二维全粒子计算。此时，我们明确考虑了拾取离子的存在，并假设等离子体由背景电子、质子和拾取离子（相对密度为 25% 的质子）组成。阿尔文马赫数为5.1，上游电子β值为0.25，上游电子等离子体频率与回旋加速器频率之比为4，离子电子质量比为100。观察到倾斜冲击波特有的离子反射现象，但发现只有拾取离子被反射，背景离子没有被反射。一些拾取离子在大约离子陀螺仪频率倒数 100 倍的时间内加速为非热能。冲击波漂移加速被确认为加速机制，但详细的粒子轨迹分析表明，在冲击波反射后立即运行不同的加速机制。我们目前正在分析反射离子激发的上游波影响拾取离子初始加速度的可能性的细节。利用稳定太阳风条件下日光层三维MHD计算结果，对银河宇宙线进入日光层的过程进行了测试粒子计算。通过跟踪比以前多一个数量级的粒子轨迹，他们成功地提高了统计准确性，目前正在检查数据。

项目成果

Gekko XII High Power Laser Experiment and Numerical Simulation on Developing Supercritical Magnetized Shock

Gekko XII高功率激光产生超临界磁化激波的实验与数值模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Matsukiyo;R. Yamazaki;T. Morita;K. Tomita;Y. Kuramitsu;T. Sano;S. J.Tanaka;T. Takezaki;S. Isayama;M. Edamoto;S. Tomita;M. Ota;S. Egashira,T. Minami;K. Sakai;M. Iwamoto;N. Ozaki and Y. Sakawa
• 通讯作者: N. Ozaki and Y. Sakawa

Nonthermal electron acceleration at collisionless quasi-perpendicular shocks

无碰撞准垂直冲击下的非热电子加速

• DOI: 10.1007/s41614-022-00093-1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Reviews of Modern Plasma Physics
• 作者: Amano Takanobu;Matsumoto Yosuke;Bohdan Artem;Kobzar Oleh;Matsukiyo Shuichi;Oka Mitsuo;Niemiec Jacek;Pohl Martin;Hoshino Masahiro
• 通讯作者: Hoshino Masahiro

High-power laser experiment on developing supercritical shock propagating in homogeneously magnetized plasma of ambient gas origin

环境气体均匀磁化等离子体中超临界激波传播的高功率激光实验

• DOI: 10.1103/physreve.106.025205
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: S. Matsukiyo,R. Yamazaki T. Morita K. Tomita,Y. Kuramitsu ,T. Sano S. J. Tanaka ,T. Takezaki,Y. Horie;S. Sei K. Sugiyama;K. AiharaS. Kambayashi,M. Ota,S. Egashira,T. Izumi,T. Minami,Y. Nakagawa;K. Sakai,M. Iwamoto,N. Ozaki Y. Sakawa他
• 通讯作者: K. Sakai,M. Iwamoto,N. Ozaki Y. Sakawa他

Acceleration of Relativistic Particles in Counterpropagating Circularly Polarized Alfv?n Waves

反向传播圆偏振 Alfv?n 波中相对论粒子的加速

• DOI: 10.3847/1538-4357/acbb6d
• 发表时间: 2023
• 期刊: The Astrophysical Journal
• 作者: Isayama S.;Takahashi K.;Matsukiyo S.;Sano T.
• 通讯作者: Sano T.