[P-EM15] Plasma Theory and Simulation

[PEM15-P07] スペクトル法を用いた電子輸送方程式の計算コードの開発

*加藤 拓馬¹、天野 孝伸¹ (1.東京大学)

キーワード：粒子加速、地球、衝撃波

宇宙空間における非熱的粒子の加速機構の解明は、宇宙空間物理学における重要問題の一つである。宇宙線電子の加速の標準理論は超新星残骸におけるFermi加速(DSA)である。しかしこの加速理論で非相対論的な電子加速を説明することは難しく、これらの電子加速については別の加速機構が必要だが、その機構は未解明である(電子注入問題)。

我々は、この加速モデルとして統計的衝撃波ドリフト加速モデル(SSDAモデル, Katou and Amano 2019)を提唱した。このモデルに従って、仮定した電子分布の空間依存性の下で電子分布関数の等方成分のエネルギー依存性を解析的に計算した結果、得られた分布はMMS衛星による地球バウ・ショックの観測結果とよく整合することがわかった(Amano et al. submitted)。より詳細な比較には電子の輸送方程式を解くことで分布関数のピッチ角異方性や空間依存性を求める必要があるが、これらの計算を解析的に行うことは難しく、数値的に計算する必要がある。

そこで我々は、電子の輸送方程式の空間・エネルギー・ピッチ角依存性の時間発展を求める計算スキームを開発した。空間・エネルギーに関してはMP5法を用いた5次精度の有限差分法を用いて計算し、時間発展は3次精度のルンゲクッタ法を用いて計算する。一方ピッチ角依存性については、ルジャンドル関数を用いて展開し、擬スペクトル法を用いて計算する。これによって、ピッチ角散乱過程の計算を簡単にすることができる。得られたコードを用いてDSAについて電子のエネルギー分布と空間分布を計算し, 解析解と比較するテストを行った。本発表では、このテスト結果について示す。