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Resolving Electron Injection Problem via Stochastic Shock Drift Acceleration

通过随机激波漂移加速解决电子注入问题

基本信息

批准号：
22K03697
负责人：
天野孝伸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03697/
关键词：
宇宙プラズマ衝撃波粒子加速宇宙線プラズマ波動

项目摘要

電子の輸送方程式として最も簡単な拡散近似を用いた方程式系の半解析解（数値解）を求める計算コードを整備した．輸送方程式は空間1次元，エネルギー方向1次元の2次元の方程式であり，数値解法としては両方向をChebyshev多項式で展開した擬スペクトル法を用いている．この手法によって，比較的低コストで輸送方程式の定常解を求めることができるようになり，衝撃波遷移層内部における電子加速を議論することができるようになった．実際に輸送方程式の解を求めるためには，拡散係数とそのエネルギー依存性の情報が必要となる．電子の拡散は，物理的にはプラズマ波動による電子のピッチ角散乱によって引き起こされるものである．しかしながら，その理論的な見積もりは特別な場合を除いて困難であり，地球バウショックの観測データ解析から波動強度やそれに伴う散乱効率の見積もりが重要となる．そこで，MMS衛星の観測データから統計的に波動強度と衝撃波のパラメータの相関を調べ，特に衝撃波のAlfvenマッハ数に対して波動強度が正の相関を持つことを示唆する結果を得た．Alfvenマッハ数が更に大きな超新星残骸衝撃波の場合に優勢となるWeibel不安定性について，2次元および3次元の大規模数値シミュレーションによって調べた．その結果，電子が磁化率が不安定性の線形・非線形発展に大きな影響を及ぼすことを明らかにした．詳細な理論的考察から，この新たに発見した電子の磁化の影響が顕著になるパラメータ領域が実際に超新星残骸衝撃波の典型的なパラメータと一致することを示した．

Semi-analytical solution (numerical solution) of electron transport equation and simplified dispersion approximation The transport equation is the first dimensional equation in space, the first dimensional equation in direction, the second dimensional equation in direction, the numerical solution in direction, Chebyshev polynomial expansion, and the use of the method. The steady state solution of the transport equation is obtained by comparing the electron acceleration inside the shock wave transport layer. In practice, information about dispersion coefficients and the dependencies of all parameters is necessary to find a solution to the transport equation. The electronic scattering, the physical scattering, the electronic scattering, the physical scattering, the physical scattering. In particular, it is difficult to eliminate the problem of the earth's scattering rate, and it is important to analyze the ratio of strength and scattering rate. The correlation between the ratio intensity and the shock wave intensity of MMS satellite measurements is adjusted, especially the Alfven number of shock waves is adjusted, and the correlation between the ratio intensity and the shock wave intensity is adjusted. As a result, the linear and non-linear development of electron susceptibility instability has a large influence on the electron susceptibility. A detailed theoretical study of the effects of electron magnetization on the supernova remnant shock wave is presented.