確率微分方程式を用いた銀河宇宙線太陽変調の研究

利用随机微分方程研究银河系宇宙线太阳调制

基本信息

批准号：
12047204
负责人：
柳田昭平
金额：
$ 1.6万
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 (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12047204/
关键词：
宇宙線太陽変調確率微分方程式大陽変調

项目摘要

太陽風内の衝撃波加速効果をも考慮した、太陽圏内での銀河宇宙線伝播過程を記述するFokker-Planck方程式(FPE)を、それに等価な確率微分方程式(SDE)におきかえ数値実験を行う3次元コードの開発に成功し、結果は川口淳君の修士論文(茨城大学理工学研究科平成13年度)としてまとめられた。この過程で、SDEによる宇宙線伝播の数値実験の思わぬ方向への展開があることに気ずいた.銀河宇宙線のエネルギースペクトルは、エネルギーの冪関数で近似されるが、〜10^<15>eV以下とそれ以上ではその幕指数が〜2.7から〜3.0へと変化する折れ曲がりがあることが知られている。この折れ曲がりは、kneeと呼ばれ、kneeを境にして、宇宙線の化学組成が変化することも強く示唆されているが、その起源についての定説はない。一方、最近のX線による銀河団の観測から、銀河の外に低エネルギーの宇宙線が存在することが知られてきている。これらの粒子の起源は、まだ解明されていないが、そのエネルギースペクトルが>>10^<15>eVの高エネルギー領域までのびていれば、それらの高エネルギー成分は、太陽系内でも直接観測され、それがknee以上の成分であり、超新星に起源を持つknee以下の成分と起源が異なるために、kneeが存在すると考えられる。我が銀河周辺に存在するこれらの仮想宇宙線の銀河風の影響下の伝播をSDEを用いて解き、〜10^<15>eVに折れ曲がりが現れることが示された。結果は第27回宇宙線国際会議のプロシーディングの論文としてまとめた。また同様のSDEを用いて、シンクロトロン放射と逆コンプトン散乱によるエネルギー損失を考慮した銀河宇宙線電子成分の伝播の計算が可能であることに着目して、銀河の電波ハローの構造の計算にとりかかっており、その成果は近々のうちにしかるべき雑誌に投稿される予定である。

We successfully developed a 3D code that uses the Fokker-Planck equation (FPE) that describes the galactic cosmic ray propagation process within the heliosphere, taking into account the effects of shock wave acceleration within the solar wind, and performs numerical experiments in place of the equivalent stochastic differential equation (SDE), and the results were compiled as Kawaguchi Jun's master's thesis (2001, Graduate伊巴拉基大学科学与工程学院）。在此过程中，我注意到SDE的宇宙射线传播数值实验有意外的发展。银河宇宙射线的能量光谱是通过能量函数近似的，但是众所周知，在〜2.7 the 〜10^<15> eV或以下有一个弯曲的变化。该弯曲称为膝盖，强烈建议宇宙射线的化学组成从膝盖发生变化，但没有关于其起源的既定理论。同时，最近对使用X射线的星系簇观察到了银河系以外的存在。这些颗粒的起源尚未澄清，但是如果它们的能量光谱延伸到>> 10^<15> eV的高能量区域，则可以在太阳系中直接观察到它们的高能量成分，并且它们在膝盖上方和高于膝盖上方的成分，并且与膝盖以上的膝盖不同，而膝盖以下的膝盖，这些膝盖具有来自Supernovae的起源，因此，这是膝盖的。使用SDE解决了我们银河系周围存在的这些虚拟宇宙射线的传播，并使用SDE求解，并且表明弯曲出现在〜10^<15> eV处。结果是在第27届宇宙射线国际会议上作为程序汇编的。此外，使用相同的SDE，我们开始计算出星系无线电光环的结构，重点是，可以计算出考虑同步辐射和倒数综合群散射引起的能量损失的星系宇宙射线电子组件的传播，并且结果将很快张贴在适当的杂志中。