Investigation for the influence of inhomogeneity of the medium on cosmic ray acceleration and the feedback by accelerated cosmic rays

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宇宙線とは高エネルギーの荷電粒子であり、熱的粒子や磁場などと同程度のエネルギー密度をもち、様々な天体現象に影響を及ぼす重要な宇宙の構成要素である。宇宙線は、標準的には超新星残骸における衝撃波によって加速されていると考えられているが、標準理論では説明できない観測事実もある。本研究は、標準的な粒子加速理論で考えられていなかった、衝撃波が伝播する媒質中の非一様性を考慮に入れて、非一様媒質中衝撃波による粒子加速と加速された粒子によるフィードバック機構を数値シミュレーションにより探るものである。これまでの研究により、媒質の非一様性が存在するときには、衝撃波との相互作用により、衝撃波下流に音波が生成されて、粒子が衝撃波だけでなく下流音波によっても加速されて粒子のエネルギー分布が変調されることが明らかになった。さらに昨年度は、共同研究者との議論の中で、宇宙線が初期宇宙における磁場生成や銀河間空間の加熱に寄与する可能性を発見した。宇宙線が電流を伴って流れると、抵抗性の加熱を引き起こす。この加熱が非一様になることでBiermann battery効果と呼ばれる効果で磁場が生成されるというのが磁場生成のメカニズムであり、このアイデアを論文としてまとめ、受理・出版された。さらにこの抵抗性加熱は銀河間空間の温度進化にとっても重要である。銀河間空間の温度進化を一次元的なモデルにより計算し、主要な加熱源であるＸ線との比較を行い、銀河近傍で宇宙線による抵抗性加熱が支配的となることが明らかになった。本研究成果を論文としてまとめ、翌年度に発表予定である。