초록 ▼

□ 연구개요
우주에서 지구로 입사하는 고에너지 입자들은 다양한 천체물리 충격파에서 Fermi I 가속기작에 의하여 생성된다고 알려져 있다. 입자들은 supra-thermal 에너지로 가속되어야만 충격파 전선을 건너서 Fermi 가속기작에 참여할 수 있다. 배경 플라즈마 입자들이 맥스웰 분포를 하는 경우에는 입자 가속효율이 매우 작아서 비열적 복사와 같은 관측을 설명하는데 어려움이 있다. 그러나 밀도가 낮은 collisionless plasma에서는 이온과 전자의 속도 분포가 카파 분포와 같은 비맥스웰 분포를 가지거나, 또는 활

□ 연구개요
우주에서 지구로 입사하는 고에너지 입자들은 다양한 천체물리 충격파에서 Fermi I 가속기작에 의하여 생성된다고 알려져 있다. 입자들은 supra-thermal 에너지로 가속되어야만 충격파 전선을 건너서 Fermi 가속기작에 참여할 수 있다. 배경 플라즈마 입자들이 맥스웰 분포를 하는 경우에는 입자 가속효율이 매우 작아서 비열적 복사와 같은 관측을 설명하는데 어려움이 있다. 그러나 밀도가 낮은 collisionless plasma에서는 이온과 전자의 속도 분포가 카파 분포와 같은 비맥스웰 분포를 가지거나, 또는 활동성은하핵의 전파제트에 의하여 비열적 입자들이 배경 플라즈마에 투입되기도 한다. 본 연구에서는 비맥스웰 분포를 가지는 입자들이 은하단 충격파 입자의 가속에 미치는 영향을 알아 보았다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 충격파 가속 이론에 관한 다음과 같은 문제들을 규명하는 것이다.
(1) 비열적 분포의 입자들이 비충돌 충격파에서 Fermi I 가속과정으로 투입되어 가속되는 효율에 어떠한 영향을 미칠 것인가? (2) 충격파의 하류 지역에서 난류에 의한 Fermi II 가속은 어떻게 상대론적 전자의 냉각을 지연시킬 것인가? (3) 우주거대구조 형성 과정에서 생성된 충격파에서 우주선 양성자가 가속되었다면 은하단에서 파이온 붕괴 감마선이 검출되지 않는 이유는 무엇인가? 이러한 문제들의 규명을 위하여 본 연구에서는 비충돌 충격파의 마하수, 자기장의 세기와 방향, 배경 플라즈마의 온도와 밀도 등의 다양한 변수를 가지는 충격파 모형에 대하여 Particle-in-Cell 플라즈마 시뮬레이션을 수행하였다. 마하수가 2.3보다 큰 경우 supercritical shock이 되어 양성자와 전자들이 충격파 전선에서 반사되어 입자의 가속이 일어나고 Fermi I 가속이 효과적으로 일어나는 것을 발견하였다. 이때 비열적 화석입자들이 배경 플라즈마에 존재하게 되면 더 높은 효율로 우주선입자들이 생성되는 것을 보였다. 또한 high beta 플라즈마에 형성된 약한 충격파에서 일어나는 다양한 물리과정을 규명할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 총 13편의 논문(SCI 12편)에 발표되었다.그러므로 연구 목표대비 매우 우수한 연구 결과를 얻었다고 평가한다.

□ 연구개발결과의 중요성
기존의 천체물리충격파에서 입자의 가속에 관한 연구는 태양풍이나 초신성잔해와 같은 자기장의 세기가 강한 low beta plasma에서 마하수가 큰 충격파에 대하여 주로 연구되어 왔다. 반면, 본 연구에서는 은하단매질과 같은 high beta plasma에서 발생하는 약한 충격파에 대하여 집중하여, 처음으로 마하수에 따른 shock criticality의 중요성을 제안하였다. 약한 충격파에서 일어나는 plasma kinetic processes들 상세히 알아본 최초의 연구들로서 관련 분야에서 선도적 연구를 수행한 것이다. 최근에 활발히 진행되고 있는 은하단에 대한 전파 관측과 감마선 관측을 이론적으로 해석하는데 중요한 역할을 하게 될 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2.1 비열적 분포의 입자들이 충격파 Fermi I 가속과정에 미치는 영향 ... 4
• 2.2 병합하는 은하단에서 생성된 전파잔해의 하류에서 난류에 의한 Fermi II 가속의 중요성 ... 6
• 2.3 은하단 충격파에서 우주선 양성자의 가속과 감마선 광도 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 13