プラズマ中における、非熱的高エネルギー粒子の加速機構について

等离子体非热高能粒子的加速机理研究

• 批准号: 04J03718
• 负责人: 齊藤 慎司
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: University of Toyama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03718/
• 关键词: 太陽フレア; 磁気再結合; ティアリング不安定性; 温度異方性; 粒子シミュレーション; 粒子加速

粒子加速の原因であると考えられる磁気再結合に関する研究では、平衡のとれた薄い電流層が存在することを仮定してきた。しかし激しい変化を伴う太陽フレアの直前では、そのような平衡のとれた電流層のみを考えることは難しい。本研究では時間的に電流層が薄くなる電流層の圧縮過程を考え、その中でどのようにして粒子加速の原因となり得る磁気再結合が生じるのかということについてプラズマ粒子シミュレーションを用いて調べた。まず反平行磁場を持った比較的厚い電流層を考え、それをプラズマ流によって一様に圧縮する。この圧縮過程において電流層付近での磁場の強さが時間的に変化する。この時磁場に対して垂直方向の電子温度が電流層内で上昇する。これは磁場の時間的変化によって磁場に対して垂直方向に電場が発生し、それによって電子が加熱されたと考えられる。これにより電流層内において、方向によって温度が異なるという電子の温度異方性が生じる。このような熱分布が電流層内で発生すると磁気再結合を引き起こす原因の一つであるティアリング不安定が強く誘導される。温度異方性を伴ったティアリング不安定性は、たくさんの磁気島を生み出し、これらの連続的な合体を繰り返す。最終的に電流層のほぼ10倍の幅を持つ磁気島を形成する。また、この時の連続的な合体現象を通じて、準周期的に高エネルギー電子が生成されるという結果が得られた。太陽フレアにおいて、準周期的な粒子加速を示唆する観測がいくつかなされている。本研究の結果は太陽フレアにおける高エネルギー粒子加速メカニズムの一つを示していると考えられる。本研究で示しているように、粒子加速の原因となり得る磁気再結合のプロセスを考える場合は、平衡状態の電流層を考えることのみならず、非平衡状態にあるような電流層を考えることも重要であるということを示している。

磁重新连接的研究被认为是粒子加速的原因，它假设有一个薄而薄的电流层。但是，就在太阳耀斑发生严重变化之前，很难仅考虑这种平衡电流层。在这项研究中，我们考虑了当前层的压缩过程，其中当前层在时间上被稀释，并使用等离子体粒子模拟来确定可能导致粒子加速的磁重晶。首先，考虑具有抗平行磁场的相对较厚的电流层，并通过等离子样式均匀地压缩。在此压缩过程中，当前层附近的磁场的强度在时间上变化。此时，垂直电子温度在当前层内升至磁场。据认为，磁场的时间变化在磁场上引起电场，从而加热电子。结果，电子温度是可取的，其中温度取决于当前层的方向。当这种热分布发生在当前层中时，分层的不稳定性是磁重结的原因之一。伴随温度和型号的撕裂不稳定性会产生许多磁岛，并重复这些连续的结合。最后，它形成了一个磁岛，其当前层的近10倍。另外，通过此时连续的组合现象，结果是半隔离的高能电子。在太阳耀斑中，有几种观察结果表明准周期性颗粒加速度。据认为，这项研究的结果表明太阳耀斑中的高能颗粒加速机制之一。如本研究所示，当考虑可能引起粒子加速度的磁重晶过程时，不仅考虑了平衡电流层，而且还表示非平衡电流层。

项目成果

SURFATRON ACCELERATION OF IONS BY FAST MAGNETOSONIC SHOCKS GENERATED DURING TWO CURRENT LOOPS' COALESCENCE

SURFATRON 通过两个电流环合并期间产生的快速磁声冲击加速离子

• 发表时间: 2004
• 期刊: THE ASTROPHYSICAL JOURNAL 604
• 作者: Shinji Saito;Jun-ichi Sakai
• 通讯作者: Jun-ichi Sakai

Particle Acceleration during the Coalescence of Two Magnetic Loops in Electron-Ion Plasmas

电子离子等离子体中两个磁环合并过程中的粒子加速

• 发表时间: 2004
• 期刊: PHYSICS OF PLASMAS Vol.11
• 作者: Shinji Saito;Jun-ichi Sakai
• 通讯作者: Jun-ichi Sakai