Resolving Electron Injection Problem via Stochastic Shock Drift Acceleration

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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．