[P-EM15] 太陽圏・惑星間空間

[PEM15-03] 地球バウショックでの電子加速におけるホイッスラー波強度の重要性

*増田 未希¹、天野 孝伸¹、岡 光夫²、北村 成寿¹ (1.東京大学　地球惑星科学専攻、2.Space Science Laboratory, University of California Berkeley, Berkeley, CA 94720-7450 USA)

宇宙空間には非熱的な高エネルギー荷電粒子が存在しており、無衝突衝撃波はこれらの粒子の有力な加速源の一つとして考えられている。実際の観測データからも無衝突衝撃波周辺での粒子加速が確認されている。しかし、この際の具体的な加速メカニズムや加速条件などについては、未解明の点が多く残されている。一次フェルミ加速はMHD波動との共鳴による粒子の加速過程の一つとして考えられているが、低エネルギー電子はMHD波動と共鳴できず加速されない。そのため、一次フェルミ加速が効率的になるエネルギーまで電子を加速する何らかのメカニズムが必要になる。この課題に対してより高周波の波動とのサイクロトロン共鳴散乱を考える統計的衝撃波ドリフト加速が提唱された(Katou & Amano, 2019)。この散乱体として有力な候補がサイクロトロン周波数の10%から50%程度の周波数を持つホイッスラー波である。一方で、観測をもとにOka et al. (2006)は衝撃波アルフベンマッハ数(M_A)がホイッスラー臨界マッハ数(M^w_crit )に対して超臨界の時にのみ加速効率がよくなることを統計的に示した。これにより、ホイッスラー波が電子加速効率に大きく関わっていることが示唆されるが、理論との整合性は理解されていない。
　Katou & Amano (2019)やAmano et al. (2020)の理論はホイッスラー波の強度がある閾値を超えたときにのみ電子加速が起こると予言している。衝撃波面の法線方向と磁場のなす角をθ_Bnとすると、この閾値は (M_A/cosθ_Bn)^-2 に比例し、ホイッスラー波強度が一定だと仮定すると、定性的にはOka et al. (2006)と整合的である。しかし、衝撃波におけるホイッスラー波の強度は一般的には各パラメータに依存する。本研究では地球バウショックの場合においてホイッスラー波強度と衝撃波パラメータの関係を統計的に調べ、理論閾値の妥当性を検討する。
具体的にはMagnetospheric Multiscale(MMS)衛星のburst modeで観測された衝撃波イベントのデータを用いる。まず、Search Coil Magnetometers(SCM)から上流、下流を含めた1s間隔のホイッスラー周波数帯におけるパワースペクトルを計算した。高エネルギー(~1keV)電子が捕捉されている範囲を遷移層とし、この範囲での波動強度の平均と衝撃波パラーメータとの関係を調べた。これらから、特にM_A/cosθ_Bnとホイッスラー波強度に正の相関を得ることができた。以上の結果をもとに電子加速効率とホイッスラー波との関係性を議論する。