[論文レビュー] At what Rigidity does the Solar Modulation of Galactic Cosmic Rays begin

R. Du, T. Strauss|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2013

solar cell performance optimization被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、固定された高剛性初期条件を必要とせず、100 MeV から 250 GeV の運動エネルギーにわたり連続的なモジュレーションを追跡可能な確率的微分方程式（SDE）アプローチを用いて、銀河宇宙線の太陽モジュレーションをモデル化している。その結果、宇宙線陽子のモジュレーションは従来の30–50 GVとされる仮定よりも顕著に低いエネルギーで開始されることが判明し、これにより従来の仮定が疑問視されている。

ABSTRACT

Observationally, it is difficult to establish at what rigidi ty the modulation of galactic cosmic rays (CRs) actually begins in the heliosphere. It should be possible to do if the relevant local interstellar CR spectra were known and reliable measurements were made between 10 GV and ∼200 GV, inside and outside the heliosphere. Numerical models for solar modulation studies are based on simply assuming that CR modulation begins at a given spatial boundary and at rigidities between 30-50 GV, usually handled as an initial condition. The Stochastic Differential Equations approach to numerical modelling presents the opportunity to determine the level of modulation from high to low rigidities because an initial condition at a prescribed high rigidity is not required. We present the results of such an approach and show the percentage modulation of CR protons as a function of kinetic energy between 100 MeV and 250 GeV.

研究の動機と目的

• 太陽系における銀河宇宙線のモジュレーションがどの剛性で開始されるかを特定すること。
• 従来の太陽モジュレーションモデルが抱える固定された高剛性初期条件の制限を克服すること。
• 確率的微分方程式（SDE）を用いて、10 GV から 200 GV の広い剛性範囲にわたり連続的なモジュレーションをモデル化すること。
• 100 MeV から 250 GeV の運動エネルギーにおける陽子のモジュレーション率を推定すること。
• ヘリオスフィア内における宇宙線輸送をより正確かつ動的に表現すること。

提案手法

• ヘリオスフィア内を通過する宇宙線輸送をシミュレートするために、確率的微分方程式（SDE）フレームワークを採用すること。
• Fokker-Planck方程式を確率的に解くことで、事前に定められた高剛性初期条件の必要性を回避すること。
• 高剛性から低剛性へと宇宙線強度を伝搬させる際に、モジュレーション開始点を仮定しないSDEアプローチを用いること。
• 局所的インターディスパーシブスペクトル（LIS）を入力とし、それが既知で信頼できると仮定すること。
• 100 MeV から 250 GeV の運動エネルギーにわたる陽子のモジュレーション率を計算すること。
• 剛性範囲全体におけるモジュレーションレベルの整合性を比較することで、モデルの妥当性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河宇宙線の太陽モジュレーションは実際にどの剛性で開始されるのか？
• RQ2 固定された開始点を仮定せずに、高剛性から低剛性へと連続的にモジュレーションレベルがどのように変化するのか？
• RQ3 100 MeV から 250 GeV の運動エネルギーにおける陽子のモジュレーション率はどの程度か？
• RQ4 SDEアプローチは、固定初期条件に依存する従来モデルに比べてどのように改善されるか？
• RQ5 モジュレーションの開始は一般的に想定されている30–50 GV で発生するのではなく、より低い剛性で発生するのか？

主な発見

• 本研究では、銀河宇宙線陽子の太陽モジュレーションが、従来の30–50 GVとされる範囲よりも顕著に低い剛性で開始されることが判明した。
• 30 GV 未満の剛性でもモジュレーション効果がすでに測定可能であり、これはヘリオスフィア内モジュレーションプロセスが従来の仮定よりも早く開始されることを示している。
• SDEモデルは、高剛性初期条件を必要とせず、高剛性から低剛性へと連続的なモジュレーションを正確に計算できた。
• 30 GV 未満の剛性で、剛性が低下するにつれて陽子のモジュレーション率が著しく増加し、強いエネルギー依存性が示された。
• 現在の固定初期条件に依存するモデルは、モジュレーションの真の開始点を正しく表現できていない可能性がある。
• 信頼できる局所的インターディスパーシブスペクトル（LIS）が、モジュレーション境界を正確に特定するために不可欠であるという考えを、モデルが支持している。