準垂直衝撃波における電子加速の観測的研究岡光夫1、寺沢敏夫2、 GEOTAILチーム 1. 2. 京大花山天文台東大・地惑衝撃波における電子加速電子加速が期待される衝撃波：・地球バウショック・惑星間空間衝撃波・太陽フレアに伴う衝撃波・太陽圏終端衝撃波 ISEE観測・超新星残骸における衝撃波など Gosling et al., 1989 本研究の目的 • いつ、どこで、どのように、電子が加速されるのか？ • 観測的研究：熱的成分の振る舞いで「精一杯」だった • 数値計算研究：リソースの制限が今もある • そこでGeotailの高感度粒子計測器LEPを用いることで電子加速の実態と本質を明らかにする統計解析 • 78 ‘clean’ quasi-perp shock crossings • From Jan 1995 – July 1997 ホイッスラー臨界マッハ数 V1 Vphase Kennel, 1985; Krasnoselskikh et al., 2002 磁場擾乱の強度ホイッスラー周波数帯をバンドパスフィルターエネルギースペクトル • f(E)∝E-Gexp(-E/E0) • LEP12sec • 遷移層でもっともフラックスが高いところでスペクトルを取る • 非熱的成分のみをフィッティングベキ指数Γ 考察 • 超臨界の場合と亜臨界の場合で加速機構が違うかもしれない • 亜臨界の場合：衝撃波統計加速？ • 超臨界の場合：より効率のよい機構？ → イベント解析亜臨界の例 • 1995年2月11日 • ４つのチェックポイント – 上流に粒子はあるか – それらは散乱されているか – 散乱可能な波はあるか – ベキ型のスペクトルか Point 1 Upstream Particles ? February 11, 1995 MA~6.8, Bn~68° Point 2 Pitch Angle Scattering ? Sunward (away from the shock front ) Anti-Sunward (toward the shock front) Whistler waves capable of Scattering ? • Nearly Parallel Propagation (kB~20-40dgr) • Propagating away from the shock front • Resonance condition satisfied Point 3 Point 4 Power-law Energy Spectrum f (E) ∝ E - G Gobs=4.3±0.1 much softer than what was predicted by DSA N1=21/cc, N2=52/cc compression ratio r = 2.51 Gstandard = 2.5 But it was shown to be explained by the DSA with free-escape boundary condition. モデルとの不一致については後述超臨界の例 • 1996年7月1日 • MA~14, Bn~86 dgr • 加速機構の候補 – – – – – ドリフト加速リップル加速１次の統計加速２次の統計加速サーフィン加速超臨界の例 • 1996年7月1日 • MA~14, Bn~86 dgr • 加速機構の候補 – – – – – ドリフト加速リップル加速１次の統計加速２次の統計加速サーフィン加速まとめ • ホイッスラー臨界マッハ数の存在を観測的に確認した。 • それによって電子のふるまいが大きく変わることが分かった。 • 亜臨界のイベントの１つはＤＳＡで説明できた。 • 超臨界のイベントの１つはサーフィン加速ならば矛盾がない。補足観測されたベキ指数について f (E) ∝ E - G Gobs=4.3±0.1 Not consistent To each other N1=21/cc, N2=52/cc compression ratio r = 2.51 Gstandard = 2.5 標準モデル • 無限の領域で擾乱を積分 • 粒子は必ずどこかで散乱される • 散乱過程をより現実的になるよう、再評価するべき SHOCK -∞ +∞ 散乱強度の再評価 → 拡散係数  粒子データ磁場データ粒子データによる評価 (一様な拡散係数を仮定) 磁場データによる評価 (非一様な拡散係数を仮定) 拡散係数の測定粒子データ磁場データ Rough estimate:  ~ 100-1000 FEB モデル (free escape boudary) • 有限の領域で擾乱を積分 • 「加速領域」の外側では散乱されない SHOCK x=L1 x=L2 FEB モデル, 1    GFEB,1 を観測されたパラメータとフリーパラメータL1により算出パラメータ (Bn, )の観測的不定性が大きいが、 G Estimated Vshock=250km/s Duration > 60 sec 観測されたL1では GFEB,1 が小さくなってしまう。 observed L1 L1 FEB モデル, 2   GFEB,2 is をショック面での異方性から算出観測された異方性では GFEB,2 はやはり小さくなってしまう。非一様な拡散係数を用いた FEBモデル（NUD） • 指数関数的なプロファイルを持つ拡散係数を導入する • ショック面から遠ざかるほど拡散は弱くなる SHOCK -∞ +∞ 非一様な拡散係数を用いた FEBモデル（NUD） • 観測された には大きな不定性があるので決定的ではないが ( - x0) • 少なくともDSAの範疇において矛盾なしまとめ • 11 February 1995の電子加速イベントは、 • 観測データの不定性が大きいものの、 • 空間的に非一様な拡散係数を用いれば、 • DSAによる説明に矛盾がないことが分かった。