[論文レビュー] Dynamical and radiative properties of astrophysical supersonic jets I. Cocoon morphologies

S. Massaglia, G. Bodo+1 more|ArXiv.org|Jun 30, 1995

Computational Fluid Dynamics and Aerodynamics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、ジェット先端と一体となって移動する参考枠を用いた2次元流体力学的シミュレーションを用いて、超音速天体ジェットの動的および放射的進化を調査する。ジェット先端の伝播速度がコッコンの形状を決定づけることが示され、銀河間ラジオ源におけるラーブ構造の理解に寄与する。

ABSTRACT

We present the results of a numerical analysis of the propagation and interaction of a supersonic jet with the external medium. We discuss the motion of the head of the jet into the ambient in different physical conditions, carrying out calculations with different Mach numbers and density ratios of the jet to the exteriors. Performing the calculation in a reference frame in motion with the jet head, we can follow in detail its long term dynamics. This numerical scheme allows us also to study the morphology of the cocoon for different physical parameters. We find that the propagation velocity of the jet head into the ambient medium strongly influences the morphology of the cocoon, and this result can be relevant in connection to the origin and structure of lobes in extragalactic radiosources.

研究の動機と目的

• 周囲媒体へと拡散する超音速ジェットの長期的ダイナミクスを理解すること。
• ジェットのマッハ数と密度比を変化させた場合、コッコン形成に与える影響を調査すること。
• ジェットと周囲媒体の相互作用によって生じるコッコン構造の形状をモデル化すること。
• 銀河間ラジオ源におけるラーブの起源に関して、ジェット先端のダイナミクスの関連性を検討すること。

提案手法

• ジェット先端と一体となって移動する参考枠を用いたジェット伝播の2次元流体力学的シミュレーションを実施する。
• 長期間にわたる進化を追跡するために、相対論的フレームに類似した枠内で圧縮性・粘性なし流れのオイラー方程式を解く。
• パラメータ空間を探索するため、ジェットのマッハ数と密度比（ジェット対周囲媒体）を変化させる。
• 衝撃波構造およびジェット先端における接触不連続性を解像するための数値的手法を用いる。
• 異なる物理的条件下での結果として得られるコッコン形状の解析を行う。
• 前進衝撃波およびコッコン様構造の形成と進化に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ジェット先端の伝播速度は、コッコンの形状にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ジェットのマッハ数と密度対比は、コッコン構造の形状にどのような役割を果たすか？
• RQ3 ジェット伝播中に衝撃波および接触不連続性はどのように進化するか？
• RQ4 銀河間ラジオ源におけるラーブの観測された形状は、ジェット駆動型コッコン形成によって説明可能か？
• RQ5 異なる周囲条件における超音速ジェットの長期的ダイナミクス的挙動は何か？

主な発見

• ジェット先端の伝播速度が全体的なコッコン形状に強く影響し、高速ジェットはより絞られ、延長された構造を形成する。
• 高いジェットマッハ数は、顕著な前進衝撃波と明確なコッコン境界を生じさせる。
• ジェットと周囲媒体との間の密度対比は、コッコンの幅と対称性に顕著な影響を与える。
• 移動参照枠手法により、ジェット先端およびコッコンの進化を安定的かつ長期的に追跡可能である。
• シミュレーションは、銀河間ラジオ源で観測される形状と類似した特徴を再現し、ジェット駆動型コッコンモデルを支持する。
• 結果から、ジェット先端のダイナミクスがラジオラーブの大規模構造を決定づける重要な要因であると考えられる。