電子エネルギースペクトルの時間・空間分布解明を目指す宇宙ジェット磁気流体数値実験

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重力天体の活動の一つであるジェットは、宇宙を代表する高エネルギー現象の一つである。しかし、ジェットのエネルギーや活動期間、プラズマの組成は未だ謎に包まれている。ジェットは、遠方の物質と激しく相互作用することで多波長に渡る電磁波を放射する。そのため、大スケールにおけるジェットの運動と観測される電磁放射の情報とを結びつけることは、ジェットの物理量を解明する上で重要である。ジェットからの電磁放射の大部分は電子が担っているが、ジェットのような高温希薄なプラズマにおいては、電子と陽子の温度の異なる２温度状態であることが知られている。しかし、これまでのジェットに関する数値シミュレーションでは、プラズマの２温度性が無視されてきた。そこで、本課題では、プラズマの２温度性を考慮した数値計算コードを開発し、大スケールジェットの伝搬問題に適用した。さらに、磁気乱流や衝撃波で生じる瞬間的な電子加熱現象を適切にモデル化し、より現実に即したシミュレーションを行った。その結果、大スケールジェットは伝搬中に生じる衝撃波や磁気乱流によって陽子が優先的に加熱されることを確認した。特に、電子が加熱されやすい強磁場ジェットにおいても、ジェットの膨張は熱的な陽子が担うことを明らかにした。一方で、得られた電子の熱エネルギー分布をもとに電波放射強度を算出した結果、注入したジェットのエネルギーの0.01から0.1パーセントしか電磁放射として解放することができず、放射非効率な電波ジェットとなることを示した。本課題では非熱放射を担う宇宙線電子は電子温度からの簡単な近似によって見積もった。しかし、宇宙線電子は熱的電子が加速されて生成される。そのため、本課題によって明らかにした電子温度分布は宇宙線電子の進化を計算する上で影響を与える可能性がある。