相対論的ドリフト電流を持つプラズマシートの磁気リコネクション

等离子体片与相对论漂移电流的磁重联

• 批准号: 20K20908
• 负责人: 星野 真弘
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20908/
• 关键词: 磁気リコネクション; 相対論的プラズマ; 粒子加速; 高エネルギー天体; 相対論プラズマ; パルサー風; 非線形; 無衝突プラズマ; プラズマ加熱

磁気リコネクションは、実験室プラズマから磁気圏、宇宙において普遍的にみられるプラズマ素過程であり、磁気エネルギーを解放しプラズマを加熱し非熱的粒子も効率的に生成する機構として活発な研究が行われてきている。また近年とりわけ、高エネルギー天体現象において、爆発的にX線やガンマ線を放射するメカニズムとしても注目されている。天体現象で重要となる相対論的高温プラズマでのリコネクションについて、本研究では、プラズマ粒子シミュレーションを用いて研究を進めてきたが、昨年までに、当初の目標であった、電流層のドリフト速度が相対論になった時のリコネクションの成長への影響についてほぼ決着がついたので、本年度からは、これまでの研究を深化させ、リコネクションでの非熱的粒子の生成について調べた。具体的には、磁場エネルギーが解放された結果、熱的エネルギーと非熱的エネルギーにどのように配分されるかについて、粒子シミュレーションを用いて調べた。様々な要因に左右される複雑なリコネクション過程を単純化するために、電子と陽電子のペアプラズマを仮定し、更にプラズマシートの電子慣性長に対する厚みは固定して、プラズマシート温度と縦磁場の強さの関数として、熱的エネルギーと非熱的エネルギーの分配について調べた。過去の研究では縦磁場効果を入れていなかったので、今回は縦磁場効果を付け加えたことが新しい視点である。空間2次元の粒子シミュレーションの結果、初期のプラズマ温度が相対論的高温の時は、リコネクションによって生成された高温プラズマのエネルギー密度の90%以上が非熱的成分となり、一方初期のプラズマ温度が非相対論的になると、非熱的粒子の生成の効率が下がることが分かった。また、縦磁場が大きくなると非熱的粒子の生成率がさがることが明らかになった。この結果は The Astrophysical Journalに出版された。

The mechanism for the generation of non-thermal particles is studied in the study of the mechanism for the generation of thermal particles. In recent years, the phenomenon of high-rise celestial bodies has been highlighted, and X-ray radiation has been highlighted. Celestial phenomena are important in the study of relativistic high temperature radiation. In this study, the study of relativistic high temperature radiation has been carried out in the past year. The purpose of this study is to deepen the study of relativistic high temperature radiation. The production of non-thermal particles is regulated by the temperature of the particles. Specific, magnetic field generation results, thermal generation results, non-thermal generation results, distribution results, particle generation results The main reason for this is that the electron and positron selection process is stable, and the electron inertia length is stable, and the temperature is stable, and the magnetic field strength is stable, and the heat is stable, and the distribution of heat is stable. In the past, the study of magnetic field effect was carried out, but now the study of magnetic field effect is carried out in a new way. The results of the two-dimensional particle system, the initial temperature, the relative high temperature, the generation of the non-thermal component. The rate of generation of non-thermal particles in the magnetic field is very high. The results were published in The Astrophysical Journal.

项目成果

Fully Kinetic (Particle-in-Cell) Simulation of Astrophysical Plasmas

天体物理等离子体的全动力学（细胞内粒子）模拟

• DOI: 10.1007/978-3-031-11870-8_11
• 发表时间: 2022
• 期刊: Space and Astrophysical Plasma Simulation: Methods, Algorithms, and Applications
• 作者: Yuan Joseph;Hatefipour Mehdi;Magill Brenden A.;Mayer William;Dartiailh Matthieu C.;Sardashti Kasra;Wickramasinghe Kaushini S.;Khodaparast Giti A.;Matsuda Yasuhiro H.;Kohama Yoshimitsu;Yang Zhuo;Thapa Sunil;Stanton Christopher J.;Shabani Javad;Hoshino Masahiro
• 通讯作者: Hoshino Masahiro

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

Global Characteristics of Cold Protons Around Midnight in the Magnetotail: Implication for Efficient Heating and Origin

磁尾午夜左右冷质子的整体特征：对高效加热和起源的影响

• DOI: 10.1029/2021ja029576
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Keika K.;Asami R.;Hoshino M.;Fuselier S. A.
• 通讯作者: Fuselier S. A.

Nonthermal electron and ion acceleration by magnetic reconnection in large laser-driven plasmas

• DOI: 10.1063/5.0021169
• 发表时间: 2020-11
• 期刊: Physics of Plasmas
• 影响因子: 2.2
• 作者: S. Totorica;M. Hoshino;Tom Abel;F. Fiuza

Nonlinear explosive magnetic reconnection

非线性爆炸磁重联

• 发表时间: 2021
• 作者: Ligorini Arianna;Niemiec Jacek;Kobzar Oleh;Iwamoto Masanori;Bohdan Artem;Pohl Martin;Matsumoto Yosuke;Amano Takanobu;Matsukiyo Shuichi;Esaki Yodai;Hoshino Masahiro;Hoshino Masahiro;M. Hoshino
• 通讯作者: M. Hoshino