“京”で解き明かした、天体衝撃波の電子加速の謎。

今回の研究では、
天体衝撃波で高エネルギーの電子が、効率よく加速され生成される仕組みを、
スーパーコンピュータ“京”のシミュレーションで確認。

宇宙物理学の謎のひとつ、
“相対論的エネルギーを持つ電子の存在”に迫る新理論を提示しているんですねー

上段左は衝撃波の構造。色は電子密度、線は磁力線を表している。 上段右は一部領域の拡大図。 下段は電子が磁場の塊（灰色線）に衝突しながらエネルギーを獲得する様子（赤線）。

超新星爆発の名残りや、
ブラックホールから飛び出すジェットなどの天体の爆発現象は、
さまざまな電磁波で明るく輝いています。

これらの電磁波は、ほぼ光速で動き回る電子によって放射されているんですねー

この相対論的なエネルギーを持つ電子は、
天体から超音速で放出されたガスが、星間ガスと相互作用して作る衝撃波で生成されると、
考えられています。

でも、どのようにして作られるかは謎のひとつとして残されたままでした…


粒子間の衝突がほとんど起きない、
高温で希薄なプラズマ中に衝撃波が作られるので、電子が加速される複雑な現象は、
スーパーコンピュータの力を借りずに理解することは難しくなります。

この研究では、天体衝撃波の波面で磁気が再結合して、
ループ状の磁力線構造（磁場の塊）が形成される、磁気リコネクションが起きて、
電子が効率的に加速されることを見いだしています。

そして、衝撃波面近くの細かな構造を分解した計算は、
世界でトップレベルのスーパーコンピュータ“京”の高い能力で初めて実現。

100億個ものプラズマ粒子の運動を解き進め、
膨大な計算で、これまで探れなかった衝撃波の構造を探っています。

磁気リコネクション（再結合）。線は磁力線で、矢印が磁場の向きを表している。 磁力線がつなぎ変わり（上段から下段）、 双方向に噴射するジェット（灰色矢印）と磁場の塊が作られる。

まず、衝撃波面で磁気リコネクションが発生して、
ランダムに運動する磁場の塊が、たくさん噴出することを突き止めます。

そして、この磁場の塊と電子が繰り返し衝突して、
高エネルギーの電子が作られることを確かめました。

粒子が散乱体と衝突を繰り返しながら、エネルギーを獲得する仕組みは、
イタリアの物理学者エンリコ・フェルミが1949年に提唱して、フェルミ加速として知られています。

このフェルミ加速が、衝撃波で磁気リコネクションを介して、
電子の加速に極めて有効に働く可能性を初めて示せたんですねー


磁気リコネクションは、太陽フレアやオーロラを起こす仕組みとして知られているのですが、
今回の研究で、天体衝撃波の宇宙線加速でも、重要な役割を果たしていることが分かりました。

なので、磁気リコネクションによる粒子加速は、かなり一般的に応用できるようですよ。