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

大规模模拟揭示了包括尘埃等离子体在内的吸积盘的结构演化

• 批准号: 10J08225
• 负责人: 白川 慶介
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08225/
• 关键词: 降着円盤; 磁気回転不安定性; ダストプラズマ; 無衝突プラズマ; ハイブリッドコード; 宇宙プラズマ; プラズマ不安定

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。

磁旋转不稳定（MRI）是一种血浆不稳定性现象，被认为可以驱动空间中存在的吸积盘中的湍流。据认为，由MRI驱动的湍流通过湍流粘度负责在吸积盘中的血浆传输，并且研究从MRI开发的湍流的特性对于理解积聚盘的结构演化非常重要。另一方面，近年来指出的是，通过吸附并充电周围的带电颗粒，它可以充当新的等离子体成分，可以将其修改为常规的等离子体理论。在构成积聚盘的血浆成分中，电荷灰尘的电荷质量比明显小于其他组件的电荷质量比，因此无法使用用于增生盘的研究中使用的电磁液近似值，并且带电的灰尘成分的颗粒行为很重要。还指出，观察到在我们银河中心中存在的黑洞外围形成的积聚盘是由无碰撞的等离子体组成的，并且认为血浆的粒子样行为将变得重要。为了研究血浆粒子特性很重要的系统的开发，我们使用混合代码在去年新开发的局部微分旋转系统中使用混合代码进行了无碰撞系统中的MRI进行数值实验。目前，我们专注于生成和放松温度各向异性的过程，这是无碰撞血浆的重要特性之一，并在开始时对各种参数进行了数值实验。结果表明，即使最初设置了温度各向异性，血浆的微粒效应也会降低温度各向异性，并且MRI可以发展。此外，发现温度各向异性随着MRI的发展而发生，但由于微铂颗粒效应，MRI可以可持续发展。该结果是一个代码，该代码允许通过对流体近似下等离子体的微观效应进行建模来对等离子体的微功能进行自一致的研究。除了这些数值实验外，我们还扩展了我们今年制定的代码，同时讨论了MRI的三维发展。今年的研究几乎已经完成了计算代码扩展到三维系统，我们认为它可以应用于由MRI驱动的三维无碰撞等离子体流动。

项目成果

磁気回転不安定性の発展に対するダスト音波の影響

尘埃声波对磁旋转不稳定性演化的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: SHIMBORI;Kanno;白川慶介
• 通讯作者: 白川慶介

〓薄な差動回転円盤における磁気回転不安定性の局所ハイブリッドシミユレーション

〓薄差动旋转盘中磁旋转不稳定性的局部混合模拟

• 发表时间: 2012
• 作者: SHIMBORI;Kanno;稲津秀樹;白川慶介
• 通讯作者: 白川慶介

Kinetic plasma effect on the evolution of Magneto Rotational Instability

动力学等离子体对磁旋转不稳定性演化的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: 新堀歓乃(代表);周耘;楊民康;白川慶介;稲津秀樹;新堀歓乃;白川慶介
• 通讯作者: 白川慶介

無衝突降着円盤における磁気回転不安定性の発展に伴う温度異方性の影響

与无碰撞吸积盘中磁旋转不稳定性发展相关的温度各向异性的影响

• 发表时间: 2013
• 作者: 新堀歓乃(代表);森田都紀; 毛;劉丹;白川慶介
• 通讯作者: 白川慶介

ダスト音波の効果を入れた磁気回転不安定性の非線型発展

尘埃声波作用下磁旋转不稳定性的非线性演化

• 发表时间: 2011
• 作者: 白川慶介;星野真弘
• 通讯作者: 星野真弘