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

介质不均匀性对宇宙线加速的影响及加速宇宙线反馈的研究

• 批准号: 22KJ0582
• 负责人: 横山 将汰
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0582/
• 关键词: 宇宙線; 粒子加速; 衝撃波; プラズマ; 超新星残骸

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。

Cosmic rays are highly charged particles, hot particles, magnetic fields, density, influence celestial phenomena, and important constituent elements of the universe. Cosmic rays, standard supernova remnants, acceleration, standard models, measurements, etc. This study examines the standard theory of particle acceleration, considering the heterogeneity of shock wave propagation in heterogeneous media. This study focuses on the interaction between shock waves and downstream sound waves, the acceleration of particles, and the distribution of particles. Last year, co-researchers discussed the possibility of cosmic rays generating magnetic fields and heating intergalactic space in the early universe. Cosmic rays cause electric currents to flow and heat up. This heating is not a matter of time. The Biermann battery is a matter of time. The magnetic field is a matter of time. This resistance to heating is important for temperature evolution in intergalactic space. The temperature evolution of intergalactic space is a one-dimensional calculation, a comparison of X-rays from the main heating source, and a resistance heating dominated by cosmic rays near the Milky Way. The results of this study are expected to be published in the next year.

项目成果

Particle acceleration by sound waves generated in the shock downstream region

激波下游区域产生的声波加速粒子

• DOI: 10.22323/1.395.0172
• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of 37th International Cosmic Ray Conference, PoS(ICRC2021)
• 作者: Yokoyama Shota;Ohira Yutaka
• 通讯作者: Ohira Yutaka

初代宇宙線が誘起する銀河間空間の加熱と磁場生成

第一个宇宙射线引起的星际加热和磁场产生

• 发表时间: 2022
• 作者: Yokoyama Shota;Ohira Yutaka;横山将汰;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L.. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;横山将汰;横山将汰;横山将汰
• 通讯作者: 横山将汰

初代宇宙線による銀河間空間の加熱

第一束宇宙射线加热星际空间

• 发表时间: 2023
• 作者: Yokoyama Shota;Ohira Yutaka;横山将汰
• 通讯作者: 横山将汰

宇宙線が誘起するBiermann battery効果による磁場生成

宇宙射线引起的比尔曼电池效应产生磁场

• 发表时间: 2022
• 作者: Yokoyama Shota;Ohira Yutaka;横山将汰;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L.. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山 将汰
• 通讯作者: 横山 将汰

初期宇宙における宇宙線による磁場生成過程

早期宇宙中宇宙线产生磁场的过程

• 发表时间: 2021
• 作者: Yokoyama Shota;Ohira Yutaka;横山将汰;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;Shota L.. Yokoyama;Shota L. Yokoyama;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山将汰;横山 将汰;Shota L. Yokoyama;横山 将汰
• 通讯作者: 横山 将汰