無衝突降着円盤における磁気回転不安定性の電磁流体解析

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昨年度までに開発を完了していた、温度非等方性を考慮した運動論的磁気流体力学（Magnetohydrodynamics; MHD）の数値計算コードを用いて、成層の効果を考慮した無衝突降着円盤の３次元シミュレーションを実施した。降着円盤の幾何学的なスケールと、円盤を構成するプラズマの無衝突性に起因する効果を同時に取り入れた計算としては世界初の試みである。本研究で開発したモデルの特徴のひとつである圧力の「ジャイロ化」（荷電粒子のラーモア旋回からのずれを時間とともに緩和する効果）の時間スケールを中心にパラメータサーベイを行い、磁気回転不安定性（Magnetorotational Instability; MRI）によって駆動される乱流がもたらす角運動量輸送効率の依存性を精査した。主な成果は次のようにまとめられる：1.温度非等方性および成層の影響下でもMRIは従来のMHDと同様に成長可能である。2.ジャイロ化が円盤の回転周期に比べて十分速やかに起こる場合、時空間平均した角運動量輸送効率は従来のMHDと同程度である。3.ジャイロ化の時間スケールを円盤の動的時間スケールに近づけた場合、角運動量輸送効率は飛躍的に大きくなる。シミュレーション結果から、成層を考慮しない無衝突領域の先行研究と同様に、MRI駆動の擾乱が時間とともに成長する様子が確認された。乱流は円盤の赤道面付近に卓越しており、これは従来のMHDの結果と矛盾しないが、無衝突降着円盤では温度非等方性に由来する角運動量輸送が赤道面近傍により局在することが本研究で新たに明らかになった。これは無衝突円盤では背景の成層構造がより顕著に角運動量輸送メカニズムに反映されることを示唆しており、将来的なグローバル計算における本研究の有用性が期待される。