[P-EM15] 太陽圏・惑星間空間

[PEM15-P06] 太陽圏終端衝撃波における宇宙線異常成分の生成に関する数値実験

竹下 裕文²、*松清 修一^1,3、吉田 光太郎²、鷲見 治一³、羽田 亨^1,3 (1.九州大学大学院総合理工学研究院、2.九州大学大学院総合理工学府、3.九州大学国際宇宙天気科学・教育センター)

キーワード：宇宙線異常成分、太陽圏終端衝撃波、テスト粒子計算、グローバルMHD計算

太陽から噴き出した太陽風プラズマは超音速で動径方向に広がっていき、やがて星間ガスとの相互作用により終端衝撃波を形成して減速され亜音速流となる。Voyger1、2探査機が2004年および2007年にこの終端衝撃波を横切り、その性質について詳しい情報をもたらした。その中で意外な結果として注目されたのが、宇宙線異常成分（Anomalous Cosmic Rays =ACRs）のふるまいについてである。ACRsの起源については、太陽風プラズマ中のピックアップイオンが終端衝撃波通過時に衝撃波加速により加速され、10〜100MeV程度のエネルギーを得たものであると考えられている。もしこのシナリオが正しければ、ACRsの強度は終端衝撃波に向かって増加し続けた後、衝撃波下流のヘリオシースでは一定値に達するはずである。しかし、実際の観測では衝撃波通過後もその強度は増加し、上の単純な期待は裏切られた。観測を説明するため、Voyger1、2探査機が横切った付近の終端衝撃波は磁力線の幾何学的条件により加速が不活性であり、ACRsを加速しているのは終端衝撃波の別の領域であるとする修正案が唱えられている。本研究の目的は、宇宙線異常成分の加速プロセスおよび、衝撃波加速が生じる終端衝撃波の位置を粒子軌道の側面から理解することである。

本研究では定常太陽風を仮定したグローバルMHDシミュレーションによって再現された太陽圏の電磁場データを用いてテスト粒子シミュレーションを行い、衝撃波近傍でのピックアップイオンの運動を調査した。MHDシミュレーションでは、北向きの太陽磁気モーメントを仮定し、1AUでの太陽風の速度、密度、磁場の強さ、および温度を、それぞれ400km/s、5.0/cc、35μG、10⁵Kとしてこれらの値を内側境界50AUに外挿したものを内側境界条件とした。星間空間に対応する外側境界900AUでの値は、それぞれ23km/s、0.1/cc、3μG、および6300Kとした。テスト粒子計算の初期条件としては、ピックアップイオンを模した熱速度数keVの粒子（陽子）を終端衝撃波の上流側に配置しその後の軌道を追った。その際、波によるピッチ角散乱効果はモンテカルロ法を用いて再現した。MHDシミュレーションによって再現された終端衝撃波の大部分で衝撃波角は90度に近いが、極域や、太陽風の赤道面電流シートが衝撃波を横切る領域で、衝撃波角が90度から有意にずれることがわかった。講演では、極域の斜め終端衝撃波近傍での粒子の軌道およびエネルギー変化について議論する。