超新星1987Aにおける高エネルギー粒子加速と光度曲線への影響

超新星1987A中高能粒子加速及其对光变曲线的影响

基本信息

批准号：
05242203
负责人：
柳田昭平
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05242203/
关键词：
超新星粒子加速宇宙線

项目摘要

超新星1987Aの爆発後1000日頃の光度曲線の理論推定値からのずれを、衝撃波によって加速された宇宙線の電離損失で説明できる可能性を探るのが本研究の目的である。従って超新星残骸中での高エネルギー粒子加速を電離損失も考慮してシミュレートできるプログラムの開発が必須である。本研究開始時点ではモンテカルロ法を用いることを考えたが、途中から大きな方針転換をはかった。高エネルギー粒子の加速伝播過程はFokker-Planck方程式で記述される。確率過程論の分野ではよく知られていることであるが、Fokker-Planck方程式は、それに対応する連立確率微分方程式に等価である。この等価性に着目して連立微分方程式を解くことは、元の偏微分方程式を解くことに比べてはるかに容易である。この方針に沿ってEuler法を用いて確率微分方程式を解くプログラムを開発した。このアルゴリズムを用いるとFermiI,II型の両加速プロセスをほぼ同様に扱うことが可能である。しかし現在のところ粒子は試験粒子扱いにとどまっている。拡散定数のエネルギー依存性は入れない衝撃波によるFermi I型の加速プロセスについては、10^6ケの粒子についてのシミュレーションをわずか約30分の計算時間で実行できる(導入したワークステーションで)。エネルギー損失としては現在シンクロトロン放射のみを入れているが、制動放射、電離損失を入れるのはそう困難ではないと予想される。開発したアルゴリズムでは粒子の空間分布も得られるので、加速粒子からのガンマ線、電波発生の空間、時間変化も予測できる。超新星1987Aでの粒子加速と、電波およびガンマ線生成のシミュレーション結果を近々の内にまとめる予定である。

这项研究的目的是探讨超新星1987a爆炸爆炸后1000天左右的理论估计值的偏差可以通过冲击波加速的宇宙射线的电离损失来解释。因此，考虑到电离损失，开发一个可以模拟超新星碎片中高能颗粒加速度的程序至关重要。在这项研究开始时，我们考虑了使用Monte Carlo方法，但我们决定对我们的政策进行重大改变。高能颗粒的加速繁殖过程用Fokker-Planck方程来描述。众所周知，在随机过程理论领域，Fokker-Planck方程等同于其相应的同时随机微分方程。与求解原始的部分微分方程相比，用这种对等方程求解同时的微分方程要容易得多。使用Euler方法一致地开发了一个求解随机微分方程的程序。使用该算法，可以以几乎相同的方式处理Fermii和II加速过程。但是，目前，颗粒仅被视为测试粒子。对于不包含扩散常数能量依赖性的冲击波的Fermi I-type加速过程，可以在仅30分钟的计算时间（在安装工作站上）进行10^6个粒子的模拟。当前，能源损失仅包括同步加速器辐射，但是预计将很难包括Bremsstrahlung和电离损失。开发的算法还提供了颗粒的空间分布，从而可以预测无线电波产生的加速粒子，空间和时间变化的γ射线。 Supernova 1987a的粒子加速度和伽马射线产生的仿真结果将很快编译。