Exploration of high-energy astrophysical phenomena in star and planet formation processes

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本研究では星形成過程・原始惑星系円盤において、非理想磁気流体効果や化学反応において重要となる宇宙線や高エネルギー光子による電離過程を取り入れた新たなモデルを構築する。今年度は前年度に引き続いてコードの開発と星形成・原始惑星系円盤におけｒ宇宙線加速の理論モデルの構築を行った。当初、宇宙線の伝播を解く手法として運動論方程式のゼロ次モーメントのみを解く拡散近似に基づく手法を選択したが、その後検討を重ね、１次モーメントまで解く手法に光速制限法を組み合わせた手法（Jiang & Oh 2018, Armillotta et al. 2021）の方が性能及び精度の両面で有利であることからこちらの手法に切り替えて、コードの開発を進めている。我々のシミュレーション(Takasao et al. 2019)から、激しくガス降着を起こしている若い原始惑星系円盤では、星磁場と円盤磁場の磁気リコネクションにより、太陽フレアよりも何桁もエネルギーの高い原始星フレアが駆動されることが分かった。太陽ではフレアに伴って高エネルギーの宇宙線が加速されていることが知られている。そこで、太陽フレアでの宇宙線加速とそれに伴うガンマ線放射を再現するようなモデルを構築し、これを拡張して原始星フレアにおける宇宙線加速と高エネルギー放射の理論モデルを構築した。その結果、原始星フレアは原始惑星系円盤の形成と進化に影響を与えうる宇宙線源となりえることがわかった。この成果はKimura et al. 2023として出版した。また、本研究で使うAthena++コードの新しい自己重力ソルバに関する論文（Tomida & Stone 2023, ApJS）を投稿し、受理された。