宇宙空間で電子からプラズマの波へのエネルギー供給を直接捉えた~効率の良い電磁波動成長の理論を観測で実証~

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2022-10-31 京都大学

大村善治 生存圏研究所教授と小嶋浩嗣 同教授は、北村成寿 名古屋大学特任助教、三好由純 同教授、中村紗都子 同特任助教、小路真史 同特任助教、天野孝伸 東京大学准教授、北原理弘 東北大学助教と加藤雄人 同教授、齋藤義文 宇宙科学研究所(JAXA)教授、横田勝一郎 大阪大学准教授らを含む国際研究グループと共同で、アメリカ航空宇宙局(NASA)のMagnetospheric Multiscale(MMS)衛星編隊に搭載された低エネルギー電子計測装置(FPI-DES)と電磁場の計測データの解析によって、地球近傍の磁気圏外の宇宙空間((昼側)磁気リコネクション近傍、磁気シース領域)で電子がホイッスラーモード波動と呼ばれるプラズマ波動にエネルギーを供給している現場を捉え、電子から波動へのエネルギー輸送率を直接計測し波動の成長率を観測に基づいて導出することに成功しました。更に観測結果が非線形成長と呼ばれる効率的な波動成長が起きていることと整合していることが分かりました。ホイッスラーモード波動は、磁気圏で放射線帯の相対論的エネルギー粒子加速に寄与したり、電子を散乱して脈動オーロラの粒子降り込みを引き起こしたりするなど、宇宙空間での粒子加速や散乱に重要な役割を果たしていると考えられる波動ですが、その効率的な成長が宇宙空間において直接的に捉えられたのは初めてとなり、宇宙空間での粒子加速・散乱、電磁波生成過程の理解を進展させることが期待されます。

本研究成果は、2022年10月28日に、科学誌「Nature Communications」に掲載されました。


背景磁場(紫)に沿って波動磁場(水色)が螺旋を描きながら伝搬するホイッスラーモード波動と、それとすれ違いながら相互作用する電子(赤)のイメージ(提供:東京大学)

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研究者情報
研究者名:大村 善治
研究者名:小嶋 浩嗣

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