51探花

【発表のポイント】

• ブラックホールの降着円盘^(注１)や太阳风^(注２)を构成している高温?希薄なプラズマ^(注３)の乱流を大规模数値シミュレーションで再现。
• イオンと电子が乱流によってどのように加热されるか调査。
• 縦波^(注４)的なゆらぎが存在するとイオンが选択的に加热されることを発见。

【概要】

太阳から吹き出る太阳风やブラックホールを取り巻く降着円盘はプラズマで出来ています。宇宙に存在するプラズマは高温?希薄であるため、プラズマを构成するイオンと电子の间の衝突がほとんど起こらない无衝突状态にあります。そのためイオンと电子は直接相互作用をせず、异なった温度を取ることが可能です。実际に、これらの天体现象ではイオンの方が电子より遥かに高温になっていることが分かっていました。しかし、なぜイオンが电子より高温になるのか？この疑问の答えは长年の未解决问题でした。

东北大学学际科学フロンティア研究所の川面洋平助教（大学院理学研究科兼任）を中心とした国际チームは、国立天文台の「アテルイⅡ」^(注５)をはじめ复数のスーパーコンピュータ用いて无衝突プラズマ乱流のシミュレーションを行い、イオンと电子がどのように乱流によって加热されるかを调査し、この问题を解决しました。プラズマの乱流中には縦波的ゆらぎと横波的ゆらぎが存在していますが、これまで行われてきた研究では横波的ゆらぎのみが考えられてきました。本研究では、世界で初めて縦波的ゆらぎを含む无衝突乱流を计算し、イオンが縦波的ゆらぎのエネルギーを选択的に吸収することで电子より高温になることを突き止めました。この结果は、2019年に公开されたイベントホライズン望远镜^(注６)によるブラックホールの影の撮像结果を解析する际にも重要となります。

本研究の成果は、2020年12月11日に発行された米国の科学雑誌「Physical Review X」に掲載されました。

図１：本研究の概念図。降着円盤や太阳风の中で、プラズマを構成しているイオンと電子が乱流によって加熱される。（クレジット：川面洋平）

【用语解説】

（注１）降着円盘
ブラックホールや中性子星などの大质量星や诞生したばかりの若い恒星の周りを回転しながら中心に落下する円盘状のプラズマの流れ。プラズマは円盘中で乱流状态になっており、中心に向かって落ち込むにつれて高温に加热される。

（注２）太阳风
コロナと呼ばれる太阳の上层大気から吹き出すプラズマの风。地球ではオーロラや磁気嵐が太阳风によって引き起こされる。

（注３）プラズマ
プラスの电荷を帯びたイオンとマイナスの电気を帯びた电子で构成されるガス。个体、液体、気体に続く物质の第４の状态。宇宙に存在するダークマター以外の「目に见える」物质の９９%はプラズマ状态にあると考えられている。

（注４）縦波
波の进む方向と媒质の振动方向が平行であるもの。縦波の例である音波では、密度の変动方向が波の进む方向と平行になっている。プラズマ中では密度だけでなく磁场强度の変动も縦波になる。一方横波では波の进む方向と媒质の振动の方向が垂直になる。横波の例は弦の振动である。プラズマでは磁力线の振动が横波になる。

（注５）スーパーコンピュータ「アテルイⅡ」
国立天文台が运用するシミュレーション天文学専用のスーパーコンピュータ。国立天文台水沢キャンパス（岩手県）に设置されており、3.087ペタフロップスの理论演算性能を持つ。

（注６）イベントホライズン望远镜
地球上に点在する电波望远镜を组み合わせることで地球サイズの仮想的な超巨大望远镜を作る国际プロジェクト。昨年、惭87银河中心の巨大ブラックホールの姿を明らかにした。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関して）
东北大学　学际科学フロンティア研究所 （大学院理学研究科兼任）
助教　川面　洋平（かわづら　ようへい）
贰-尘补颈濒：办补飞补锄耻谤补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関して）
东北大学　学际科学フロンティア研究所
鲍搁础　铃木　一行（すずき　かずゆき）　
电话：022-795-4353
贰-尘补颈濒：蝉耻锄耻办颈办*蹿谤颈蝉.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）