[論文レビュー] Disk Winds and the Accretion--Outflow Connection

Arieh Königl, Ralph E. Pudritz|arXiv (Cornell University)|Mar 11, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、若い原始星における磁化降着円盤が、開放された磁場線を介して遠心力駆動のコリメートされた噴流を駆動することを提案し、角運動量輸送の効率的メカニズムを提供するとともに、星形成におけるジェットの広範な存在を説明する。数値シミュレーションにより、このような風が自己コリメーションし、観測されたジェットの性質を再現することが確認され、原始星系における風駆動が支配的な噴流メカニズムであることが支持される。

ABSTRACT

We review recent observational and theoretical results on the relationship between circumstellar accretion disks and jets in young stellar objects. We then present a theoretical framework that interprets jets as accretion-powered, centrifugally driven winds from magnetized accretion disks. Recent progress in the numerical simulation of such outflows is described. We also discuss the structure of the underlying magnetized protostellar disks, emphasizing the role that large-scale, open magnetic fields can play in angular momentum transport.

研究の動機と目的

• 原始星（YSO）における周囲降着円盤と双極的噴流との間に物理的リンクを確立すること。
• 降着エネルギーが非常にコリメートされ、高速なジェットを駆動するメカニズムが長年にわたり未解決の謎であったが、その解明。
• 磁化ディスクからの遠心力駆動の磁流力学的（MHD）風が、観測されたジェットの性質と角運動量輸送を説明できることを示すこと。
• 大規模な開放的磁場がディスクからの角運動量効率的除去を可能にする役割を評価すること。
• 特にFU Orionis増光状態のような極端な降着状態において、ディスク駆動風と星体磁場駆動風を比較すること。

提案手法

• 軸対称かつ定常状態における理想MHD方程式を用いて、ディスク駆動・遠心力加速のMHD風の理論的枠組みを構築する。
• 磁場線の凍結条件を適用し、コリメーションを可能にするために、ディスクを貫く力フリーで開放的な磁場幾何学的配置を仮定する。
• さまざまな境界条件下での風の発生、コリメーション、安定性のダイナミクスをモデル化するため、MHD風の数値シミュレーションを実施する。
• ディスク内側端での磁気再結合と磁場線の開放が、連続的な質量および角運動量放出を促進する役割を分析する。
• シミュレートされた風のエネルギーおよび運動量予算を、ジェットの運動エネルギー効率と運動量フラックスに関する観測的制約と比較する。
• 特に降着率が高い状態において星体磁気圏が破壊される可能性があることから、ディスク駆動風と星体磁場駆動風の両者の実現可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若い原始星における磁化降着円盤は、どのようにして観測される高コリメート・高速噴流を駆動するのか？
• RQ2 大規模で開放的な磁場が、ディスク風の遠心力加速と自己コリメーションをどのように可能にするのか？
• RQ3 観測されたジェットの運動量フラックスが放射圧をはるかに上回る理由は何か？この乖離を説明できるメカニズムは何か？
• RQ4 異なるYSOタイプにわたる適用性、コリメーション度、効率性の観点から、ディスク駆動MHD風と星体磁場駆動風はどのように比較できるか？
• RQ5 MHD風の数値シミュレーションは、原始星ジェットの観測された運動学的性質とコリメーションを再現できるか？

主な発見

• 磁化ディスクからの遠心力駆動MHD風は、角運動量を効率的に抽出し、持続的な降着を可能にするとともに、観測された噴流-ジェット相関を説明する。
• 数値シミュレーションにより、このような風が自然に3–5°という非常に狭い開口角を持つジェットに自己コリメーションすることが確認され、HH 30などの源における観測と一致する。
• ジェットの運動エネルギー効率は、降着効率のおよそ10%に相当することが判明し、観測的推定値と整合的であり、放射的または熱的駆動メカニズムを除外する。
• 観測されたジェットの運動量フラックスは、放射圧を約100倍上回っており、磁気的駆動が支配的であることを支持する。
• FU Orionis増光期には、星体磁気圏が破壊されるため、星体磁場駆動風は現実的ではなく、ディスク駆動風が支配的であると考えられる。
• ブラックホールを伴う系や中心磁場が弱い系においても、星体磁場アンカーを必要としないため、ディスク駆動風は星体磁場駆動風よりも普遍的なメカニズムである。