天体物理学：せん断流に誘起されたジェットにより駆動される大規模ダイナモ
Nature 649, 8098 doi: 10.1038/s41586-025-09912-0
磁場は、それらが占めるあらゆるスケールにおいて、星形成、宇宙線輸送、荷電粒子加速、宇宙天気、惑星大気における輸送、実験室のプラズマなど、さまざまな現象に影響を及ぼす。こうした磁場は、乱流によって生成・維持されることが多く、その過程はダイナモと呼ばれる。1955年、E. N. パーカーは小規模な乱流の効果をパラメーター化し、平均場ダイナモ理論を提唱した。この広く用いられている理論は、観測される大規模な場を再現するが、パラメーターが第一原理から正当化されていないため、その調整が難しいという問題を抱えており、乱流の研究からは、絡み合った磁場が、せん断流のひずみによって折りたたまれ、断片化されて小規模構造となることが示されている。本論文で我々は、不安定で外部から駆動されたせん断流を考慮し、解析理論を開発するとともに、最大4096 × 4096 × 8192の格子点からなる乱流の高度な三次元計算機シミュレーションを実行して、準周期的で大規模な磁場のab initio生成を示す。この生成は、1990年に提唱された付加的な平均場ダイナモ過程である平均渦度効果によって生じる。このダイナモに不可欠なのは大規模な三次元ジェットが先行して生成されることであり、これらのジェットは磁気流体力学方程式のトポロジカルに保護された厳密な非線形解としてロバストに生成される。ジェットによって駆動されるこのダイナモは、せん断によって駆動される実験室系や天体物理系に当てはまる。これらには連星中性子星の合体が含まれ、そうした状況では、報告されているダイナモが、おそらくマイクロ秒の時間スケールで作用して数ミリ秒のうちに宇宙で最も強力な磁場のいくつかを生成し、マルチメッセンジャー天文学の信号がもたらされる。
