Theoretical study of electron stochastic shock drift acceleration in the shock transition region

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宇宙空間には,宇宙線に代表される非熱的な高エネルギー粒子が多数存在している.これらの粒子の加速メカニズムの解明は宇宙空間物理学の重要課題の一つである.中でも超新星残骸衝撃波のような無衝突衝撃波は,粒子加速が発生する主要な現場であるとみなされており,本研究の研究対象である.無衝突衝撃波における粒子加速には,Fermi加速という標準モデルが存在する.しかし,このモデルではおよそ1MeV以下の低エネルギー電子の加速過程を説明できない.申請者は過去の研究でこれらの低エネルギー電子の加速モデルとして,統計的衝撃波ドリフト加速というモデルを過去に提案した(Katou & Amano, 2019).この研究では提案した加速モデルが生成する電子のエネルギー分布が観測と整合するベキ型の分布であり,加速モデルとして有用であることを示した.本研究はこの研究を発展させて統計的ドリフト加速モデルについて理論と数値計算の二つのアプローチでより詳しく調べることによって,衝撃波での電子加速についてより深い理解を得ることを目的としている.採用1年目である昨年度は主に理論的な手法を用いた研究の方に着手し, 理論計算を行うためのコードを作成した.このコードは, 電子の運動を記述する偏微分方程式であるピッチ角散乱方程式を解くためのコードで, 電子の分布関数の空間・エネルギー・ピッチ角依存性の時間発展を計算できる3次元コードである. 過去の研究では, エネルギー依存性しか議論できていなかったので,このコードを用いることによってより詳細に電子加速について調べることができる. ピッチ角依存性については, 分布関数をルジャンドル関数によって展開し, 擬スペクトル法を使用した. これによって通常使用される差分法による計算に比べて必要なグリッド数を大幅に減らすことができ, コードの高速化を実現した.