[論文レビュー] Diagnostics of inhomogeneous stellar jets: Convolution effects and data reconstruction

Fabio De Colle, C. del Burgo+1 more|ArXiv.org|May 5, 2008

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 26被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、非均一な星間ジェットの物理的パrameterを診断する際の系統的誤差に注目し、均一性を仮定することでライン比の解釈が誤られるという事実を示している。マルチガウスフィッティングとアベル逆問題を用いて、ジェット（例：HH 30）の2次元断面構造を再構築することで、ジェット全体にわたる電子密度、温度、イオン化度の正確な導出が可能となり、ライン・オブ・サイト（LOS）の畳み込み効果を克服する。

ABSTRACT

CONTEXT: In the interpretation of stellar jet observations, the physical parameters are usually determined from emission line ratios, obtained from spectroscopic observations or using the information contained in narrow band images. The basic hypothesis in the interpretation of the observations is that the emitting region is homogeneous along the line of sight. Actually, stellar jets are in general not homogeneous, and therefore line of sight convolution effects may lead to the main uncertainty in the determination of the physical parameters. AIMS: This paper is aimed at showing the systematic errors introduced when assuming an homogeneous medium, and studying the effect of an inhomogeneous medium on plasma diagnostics for the case of a stellar jet. In addition, we explore how to reconstruct the volumetric physical parameters of the jet (i. e., with dependence both across and along the line of sight). METHODS: We use standard techniques to determine the physical parameters, i. e., the electron density, temperature and hydrogen ionisation fraction across the jet, and a multi-Gaussian method to invert the Abel transform and determine the reconstructed physical structure. RESULTS: When assuming an homogeneous medium the physical parameters, integrated along the line of sight, do not represent the average of the true values, and do not have a clear physical interpretation. We show that when some information is available on the emissivity profile across the jet, it is then possible to obtain appropriate derivations of the electron density, temperature and ionisation fraction.

研究の動機と目的

• 均一性を仮定することで生じる星間ジェット診断における系統的誤差を特定・定量すること。
• ライン・オブ・サイトの畳み込みが電子密度、温度、イオン化度といった導出物理パラメータに与える影響を調査すること。
• 観測された発光ラインプロファイルから、ジェットの真の体積的物理的構造を再構築する手法を開発すること。
• 発光度プロファイルのマルチガウス分解を用いてアベル変換を逆転させ、正確なプラズマ診断を可能にすること。
• 実際の観測データ（例：HH 30）を用いて、軸対称ジェットの2次元再構築の可能性を実証すること。

提案手法

• 局所的熱力学的平衡を仮定し、標準的な発光ライン比診断法（例：[SII] λ6716/6731、[OI]/[SII]）を用いて nₑ、T、xH を推定する。
• ジェット全体の観測発光度プロファイルをマルチガウスフィッティングでモデル化し、真の径方向構造を回復するためのアベル変換の逆転を可能にする。
• アベル逆問題に基づくトモグラフィック再構築技術を用いて、物理パラメータの2次元断面分布を回復する。
• ジェットがほぼ軸対称であり、天球面に近い方向を向いていると仮定することで、逆転処理を簡略化する。
• 合成観測および実際の観測（HH 30ジェットのデータを含む）を用いて、手法の妥当性を検証する。
• イオン化平衡とCox（1970）、Aldrovandi & Péquignot（1973）、Osterbrock（1989）の原子データを組み合わせたBE99法を用いて、nₑ、T、xH を反復的に解く。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 均一なジェットを仮定した場合、ライン・オブ・サイトの畳み込み効果が導出物理パラメータにどのように歪められるか？
• RQ2 非均一なジェットにおいて、観測されたライン比が真の体積平均をどれほど正しく反映しないか？
• RQ3 マルチガウスフィッティングとアベル逆問題を用いることで、星間ジェットの電子密度、温度、イオン化度の2次元構造をどれほど正確に再構築できるか？
• RQ4 ジェットの幾何学的形状や機器の分解能の制限が、この再構築手法の限界にどのように影響するか？
• RQ5 空間的に解像された発光度プロファイルを組み込むことで、ヘルビッヒ＝ハローオブジェクトにおけるプラズマ診断の精度がどの程度向上するか？

主な発見

• 均一性を仮定すると、真の平均値を反映しないパラメータが導出され、畳み込み効果のため物理的解釈が明確でなくなる。
• ジェット全体の発光度プロファイルが分かっている場合、マルチガウスフィッティングにより nₑ、T、xH の真の径方向依存性を正確に再構築できる。
• 本手法はHH 30ジェットの断面構造を成功裏に再構築し、観測値、フィット値、再構築値のプロファイルが良好に一致している。
• 本手法は、ジェット軸が天球面に近い軸対称ジェットに対して最も効果的であり、幾何学的ズレは適用範囲を制限する。
• 現在のところ、数個の解像されたジェットに限定して適用可能であるが、今後の高分解能機器の登場により広く適用可能になると予想される。
• 空間的デコンボリューションを組み合わせたBE99法により、nₑ、T、xH を反復的かつ自己整合的に高精度に決定できる。