[論文レビュー] Energetics of star-disc encounters in the non-linear regime

S. M. Hall, C. J. Clarke+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 1995

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 74

ひとこと要約

本稿では、縮小された3体法を用いて、原始星系円盤との接近した星-円盤遭遇におけるエネルギーおよび角運動量の移動を調査し、浸透的遭遇では非線形効果が支配的であることを明らかにした。逆行的遭遇では、線形理論が予測する値の5倍までエネルギーが移動することが判明し、これは外側の円盤物質の束縛エネルギーを著しく上回り、線形近似の無効性を示し、原始星環境における連星形成の正確なモデル化には非線形取り扱いが必要であることを示唆している。

ABSTRACT

We investigate the response of a circumstellar accretion disc to the fly-by of a perturbing mass on a parabolic orbit. The energy and angular momentum transferred during the encounter are calculated using a reduced three-body method. In almost all close encounters the energy and angular momentum transfer is dominated by disc material becoming unbound from the system, with the contributions from close disc particle -- star encounters being significant. For more distant encounters with some prograde element to the motion the disc material loses energy and angular momentum to the perturber's orbit through a resonance feature. The magnitude of the energy transfer calculated in our simulations is greater than that of the binding energy of material exterior to periastron by a factor of two in the prograde case, and up to a factor of five in the case of the retrograde encounter. The destructive nature of the encounters indicates that a non-linear treatment is essential in all but the most distant encounters.

研究の動機と目的

• 原始星系系における非線形的星-円盤遭遇におけるエネルギーおよび角運動量移動の定量的評価を目的とする。
• 星と周囲円盤の接近遭遇をモデル化するにあたり、線形摂動理論の限界を評価することを目的とする。
• 円盤の束縛エネルギーに基づいて予想されたエネルギー移動量が、実際の影響を過小評価しているかどうかを特定することを目的とする。
• 円盤物質の解放と近接した星-円盤フレーズバイスが、相互作用のエネルギー的性質に与える影響を調査することを目的とする。
• これらの複雑な相互作用をシミュレートするための縮小3体モデルの有効範囲を確立することを目的とする。

提案手法

• 星、放物線軌道を描く摂動体、および周囲の降着円盤の間の重力的相互作用をモデル化するために、縮小された3体シミュレーションフレームワークを用いた。
• エネルギーおよび角運動量の移動は、遭遇後の軌道要素の変化と非束縛物質の追跡によって計算された。
• プログレードおよびリトラグレードの両方の遭遇を対象とし、近日点距離と円盤質量/摂動体質量比を変化させた。
• 非束縛円盤物質と近接した星-円盤フレーズバイスの寄与を分離し、エネルギー移動の主因を特定した。
• 有効性の限界を評価するために、結果を線形摂動理論の予測と比較した。
• 初期パラメータースペースの探索のため、気体力学的および粘性進化を無視した理想化された初期条件を仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形的星-円盤遭遇におけるエネルギーおよび角運動量移動は、線形理論の予測と比べてどのようにスケーリングされるか？
• RQ2 エネルギー移動の何パーセントが、円盤物質の非束縛化に起因するか、それとも近接した星-円盤フレーズバイスに起因するか？
• RQ3 なぜ逆行的遭遇ではプログレードのそれよりもエネルギー移動が大きくなるのか、そしてその差はどの程度か？
• RQ4 エネルギー移動量を円盤の束縛エネルギーに等しいと仮定した従来のモデルは、真の移動量をどの程度過小評価しているか？
• RQ5 等質量系において、線形理論が有効となる最大近日点距離はどの程度か？

主な発見

• 逆行的遭遇では、線形理論が予測する値の最大5倍のエネルギーが移動し、近日点より外側の円盤物質の束縛エネルギーを著しく上回る。
• プログレードの遭遇では、外側円盤物質の束縛エネルギーの最大2倍のエネルギーが移動し、非線形効果が破壊的でない場合でも顕著であることが示された。
• ほぼすべての接近遭遇において、エネルギーおよび角運動量の移動は、星-円盤フレーズバイスによるものよりも、円盤物質が系から非束縛化されることに起因している。
• 近接した星-円盤フレーズバイスは、特に外側円盤領域においてエネルギー移動に顕著な寄与をし、衝撃加熱を引き起こす可能性がある逆散乱・収束流の原因となっている。
• 縮小3体モデルはエネルギー移動の推定に有効なフレームワークを提供するが、完全な正確性を得るためには、粘性進化および連星軌道のフィードバックを組み込む必要がある。
• 等質量系において、線形摂動理論は近日点距離のおよそ0.25倍を超えると無効となることが判明し、以前の仮定（円盤半径の2倍まで有効）を覆すものである。