宇宙線のフラクタル拡散・加速の複数衛星による観測的検証

H28年度より取り組んでいる大規模１次元全粒子(Particle-in-cell: PIC) 計算より得られた波動・粒子データを詳しく解析し、波動の時空間発展、FAB生成のプロセスや衝撃波上流における電子加速メカニズムを議論した。以下に具体的内容を述べる。まず、FAB粒子の軌道解析を行い、太陽風イオンの一部が衝撃波面で鏡面反射し、FABとして衝撃波上流へ逆走するものと、衝撃波近傍の発達した波動と衝撃波面での反射を何度か繰り返した後、FABとなるものがあることを明らかにした。次に、加速電子に対しても同様に軌道解析を行い、主として以下の３つのプロセスを経て電子が加速する様子を確認した。(1)FABによって励起された静電場構造による反射、(2)低周波波動による磁気ミラー反射、(3)ホイッスラー波動とのサイクロトロン共鳴である。特に、プロセス(3)について詳しく解析を行った。電子はピッチ角９０度を超えない範囲で、ピッチ角散乱されながら衝撃波面へ向かって加速しており、これは双方向に伝搬する波動による散乱を介した、いわゆる二次のフェルミ加速機構とは異なる特徴を示す。波動解析の結果、一方向に伝搬する低周波アルフヴェン波の急峻化によって、双方向に伝搬する高周波ホイッスラー波が生成されていることを確認した。ただし、衝撃波から遠ざかるホイッスラー波動が９割を占めた。これらホイッスラー波動と電子散乱・加速を調べるためテスト粒子解析を行い、波動の位相相関が電子加速に本質的に重要であることを明らかにした。本研究で得られた加速機構は、二次フェルミ加速よりも素早く加速でき、電子加速の新しい加速機構として期待できる。

H28年度より取り組んでいる大規模１次元全粒子(Particle-in-cell: PIC) 計算より得られた波動・粒子データを詳しく解析し、波動の時空間発展、FAB生成のプロセスや衝撃波上流における電子加速メカニズムを議論した。以下に具体的内容を述べる。まず、FAB粒子の軌道解析を行い、太陽風イオンの一部が衝撃波面で鏡面反射し、FABとして衝撃波上流へ逆走するものと、衝撃波近傍の発達した波動と衝撃波面での反射を何度か繰り返した後、FABとなるものがあることを明らかにした。次に、加速電子に対しても同様に軌道解析を行い、主として以下の３つのプロセスを経て電子が加速する様子を確認した。(1)FABによって励起された静電場構造による反射、(2)低周波波動による磁気ミラー反射、(3)ホイッスラー波動とのサイクロトロン共鳴である。特に、プロセス(3)について詳しく解析を行った。電子はピッチ角９０度を超えない範囲で、ピッチ角散乱されながら衝撃波面へ向かって加速しており、これは双方向に伝搬する波動による散乱を介した、いわゆる二次のフェルミ加速機構とは異なる特徴を示す。波動解析の結果、一方向に伝搬する低周波アルフヴェン波の急峻化によって、双方向に伝搬する高周波ホイッスラー波が生成されていることを確認した。ただし、衝撃波から遠ざかるホイッスラー波動が９割を占めた。これらホイッスラー波動と電子散乱・加速を調べるためテスト粒子解析を行い、波動の位相相関が電子加速に本質的に重要であることを明らかにした。本研究で得られた加速機構は、二次フェルミ加速よりも素早く加速でき、電子加速の新しい加速機構として期待できる。