超新星残骸における電子加速と大振幅に揺らいだ磁場

超新星遗迹中的电子加速和磁场大幅波动

• 批准号: 08J01697
• 负责人: 大平 豊
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J01697/
• 关键词: 超新星残骸; 衝撃波; プラズマ; 粒子加速

超新星残骸のX線の観測により超新星残骸衝撃波近傍では、磁場が星間ガスの3μGから100μG以上に増幅されていることが示唆されている。磁場の値は、衝撃波粒子加速機構の加速効率を決める重要な物理量である。しかし理論的に、どのようにして、どの程度まで増幅されるのかはわかっていない。また、超新星残骸は銀河宇宙線の源として最有力天体であるが、理論が予言する宇宙線のエネルギースペクトルと、地球で観測される宇宙線のエネルギースペクトルは異なり、矛盾する。本年度は、これらの問題に重点をおいて研究を行った。超新星残骸からはHαも観測されていることに着目し、中性粒子が無衝突衝撃波へ与える影響について調べた。線形解析によって、衝撃波下流では磁場を増幅する無衝突プラズマ不安定性が発達することを明らかにした。また、衝撃波の構造も変えることを示した。さらに宇宙線によって、衝撃波上流のプラズマが衝撃波に達する前に減速する場合は、中性粒子のイオン化を考慮すると、衝撃波上流での磁場の増幅、衝撃波の圧縮率の変化、衝撃波波乗り加速が生じることを示した。また、超新星残骸で加速された宇宙線が、超新星残骸から逃げ出すときに、エネルギーの高い宇宙線ほど早く逃げ出すことを考慮して、逃げ出した後の宇宙線のエネルギースペクトルを調べた。その結果、逃げ出したあとのエネルギースペクトルは、加速領域のエネルギースペクトルと異なることを明らかにした。スペクトルの違いは、逃げ出す宇宙線のエネルギーの時間依存性と、超新星残骸内部の宇宙線総量の時間依存性によることも明らかにした。また、新しく導いた関係式を用いて、地球で観測される宇宙線のエネルギースペクトルを矛盾なく説明できる衝撃波加速理論モデルヘ制限を与えた。

对超新星遗迹X射线的观测表明，在超新星遗迹冲击波附近，磁场从星际气体中的3μG放大到100μG以上。磁场的大小是决定冲击波质点加速机制加速效率的重要物理量。然而，尚不清楚它在理论上如何以及放大到什么程度。另外，超新星遗迹是银河系宇宙线最有可能的来源，但理论预测的宇宙线能谱与地球观测到的宇宙线能谱不同且矛盾。今年，我们的研究重点是这些问题。着眼于超新星遗迹中也观测到了 Hα，我们研究了中性粒子对无碰撞冲击波的影响。线性分析表明，冲击波下游会出现无碰撞等离子体不稳定性，从而放大了磁场。他们还表明冲击波的结构发生了变化。此外，如果宇宙射线使激波上游的等离子体在到达激波之前减速，考虑到中性粒子的电离，激波上游的磁场将被放大，激波的压缩性将增大。变化，并且会出现冲击波骑行加速度。此外，当超新星遗迹加速宇宙线从超新星遗迹逃逸时，考虑到能量较高的宇宙线逃逸速度较快，研究了逃逸后宇宙线的能谱。结果表明，逃逸后的能谱与加速区的能谱不同。研究还表明，光谱的差异是由于逃逸宇宙射线能量的时间依赖性和超新星遗迹内宇宙射线总量的时间依赖性造成的。此外，利用新推导的关系表达式，我们对冲击波加速理论模型提供了约束，该模型可以一致地解释在地球上观测到的宇宙线的能谱。

项目成果

PICシミュレーションによる無衝突衝撃波構造の解明

通过 PIC 模拟阐明无碰撞冲击波结构

• 发表时间: 2009
• 作者: 山本;佐藤;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Daisuke Hiratsuka;Daisuke Hiratsuka;平塚大祐;平塚大祐;梅原武志;梅原武志;梅原武志;梅原武志;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;鳥山淳;屋嘉比収;Yutaka Ohira;Yutaka Ohira;Yutaka Fujita;Yutaka Ohira;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊
• 通讯作者: 大平豊

中性粒子が与える超新星残骸衝撃波への影響

中性粒子对超新星遗迹激波的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 山本;佐藤;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Daisuke Hiratsuka;Daisuke Hiratsuka;平塚大祐;平塚大祐;梅原武志;梅原武志;梅原武志;梅原武志;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;鳥山淳;屋嘉比収;Yutaka Ohira;Yutaka Ohira;Yutaka Fujita;Yutaka Ohira;大平豊;大平豊;大平豊
• 通讯作者: 大平豊

TWO-DIMENSIONAL PARTICLE-IN-CELL SIMULATIONS OF THE NONRESONANT, COSMIC-RAY-DRNEN INSTABILITY IN SUPERNOVA REMNANT SHOCKS

超新星遗迹激波中非共振、宇宙射线不稳定性的二维细胞内粒子模拟

• 发表时间: 2009
• 期刊: The Astrophysical Journal 698
• 作者: 山本;佐藤;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Daisuke Hiratsuka;Daisuke Hiratsuka;平塚大祐;平塚大祐;梅原武志;梅原武志;梅原武志;梅原武志;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;鳥山淳;屋嘉比収;Yutaka Ohira
• 通讯作者: Yutaka Ohira

電化交換由来のイオンビームによる磁場増幅

通过带电交换产生的离子束进行磁场放大

• 发表时间: 2008
• 作者: 山本;佐藤;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Daisuke Hiratsuka;Daisuke Hiratsuka;平塚大祐;平塚大祐;梅原武志;梅原武志;梅原武志;梅原武志;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;鳥山淳;屋嘉比収;Yutaka Ohira;Yutaka Ohira;Yutaka Fujita;Yutaka Ohira;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊
• 通讯作者: 大平豊

超新星残骸での磁場の増幅

超新星遗迹中的磁场放大

• 发表时间: 2008
• 作者: 山本;佐藤;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;鹿島美千代;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Yukiko Yamauchi;Daisuke Hiratsuka;Daisuke Hiratsuka;平塚大祐;平塚大祐;梅原武志;梅原武志;梅原武志;梅原武志;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;土井智義;鳥山淳;屋嘉比収;Yutaka Ohira;Yutaka Ohira;Yutaka Fujita;Yutaka Ohira;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊;大平豊
• 通讯作者: 大平豊