Study for acceleration mechanism of first cosmic rays and their influences

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宇宙初期での宇宙線による磁場生成機構とガスの加熱機構、宇宙線が作る2次電子の加速について理論的に調べた。初代星が超新星爆発した後の超新星残骸で、宇宙線が加速される。この初代宇宙線による赤方偏移z=2-20の宇宙における新しいガスの加熱機構や2次電子の加速機構を定量的に評価し論文にした。宇宙線が銀河間空間に広がっていく際、宇宙線電流が生じる。その宇宙線電流を打ち消すために生じる熱的電子の帰還電流は、熱的ガスとの相互作用による抵抗を感じる。宇宙初期に形成された銀河周囲でのこの電気抵抗によるガス加熱を定量的に評価した結果、これまで考えられていた宇宙初期でのガスの加熱機構(X線加熱と宇宙線による電離加熱)に比べて、宇宙線電流が誘導する抵抗性加熱の方が効率良くガスを加熱する時期があること、ガスの加熱によって抵抗が弱くなり、最終的には抵抗性加熱が効かなくなることが明らかになった。また、この抵抗によって生じる抵抗性電場は、宇宙線が作り出す2次電子を加速させる。一方でその反作用として、熱的電子の帰還電流と抵抗性電場が弱くなる。空間的に一様であることを仮定することで、この一連の時間発展を解析的に解くことに成功した。また、空間の一様性の仮定を取り除いた場合についての発展を調べるため、2次電子の生成、電場による加速、原子や分子の励起や電離にともなるエネルギー損失、抵抗性電場の発展を同時に数値的に解く計算コードを完成させた。