大規模シミュレーションが明らかにするダストプラズマを含めた降着円盤の構造進化

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磁気回転不安定性(Magneto-Rotational Instability : MRI)は宇宙空間に存在する降着円盤の中で乱流を駆動すると考えられているプラズマ不安定現象である。MRIが駆動する乱流は、乱流粘性を通じて降着円盤中のプラズマ輸送を担っていると考えられており、MRIから発達した乱流の性質を調べる事は、降着円盤の構造進化を知る上で極めて重要である。一方で近年、宇宙空間に存在するダストと呼ばれる微粒子が周囲の荷電粒子を吸着して帯電する事により、新たなプラズマ成分として振る舞う事で従来のプラズマ理論に修正を加えうる事が指摘されている。降着円盤を構成するプラズマの成分のうち、帯電ダストはその電荷質量比が他の成分に比べて著しく小さいため、従来降着円盤の研究で用いられている電磁流体近似が適用できず、帯電ダスト成分の粒子的な振る舞いが重要となる。また我々の銀河中心に存在するブラックホール周縁に形成されている降着円盤などは、・観測的に無衝突プラズマで構成されている事が指摘されており、これもプラズマの粒子的な振る舞いが重要になると考えられている。こうしたプラズマの粒子性が重要となる系においてMRIの発展を調べるため、昨年度新たに開発した局所差動回転系におけるハイブリッドコードを用いて無衝突系におけるMRIの数値実験を行なった。この際、無衝突プラズマの重要な性質の一つである温度異方性の生成・緩和過程に着目し、初期に様々なパラメータの温度異方性を設定して数値実験を行なっている。結果からは初期に温度異方性を設定した場合にも、プラズマのミクロな粒子効果によって温度異方性が緩和され、MRIが発展しうる事がわかった。また、MRIの発展とともに温度異方性が生成しつつも、ミクロなプラズマの粒子効果によってMRIが持続的に発展できる事がわかった。この結果は、流体近似の下でプラズマのミクロな効果をモデル化して、無衝突MRIの発展を調べた先行研究の結果を、プラズマのミクロな運動を自己無撞着に調べる事ができるコードで再現したものとなっている。また、これらの数値実験に加えてMRIの3次元的な発展を議論するため、本年度は開発したコードの拡張も同時に行なった。本年度の研究により、計算コードの3次元系への拡張もほぼ完了しており、MRIによって駆動される無衝突プラズマの3次元乱流への応用が可能であると考えている。