[論文レビュー] Evolution of supernova remnants in the interstellar medium with a large-scale density gradient. I. General properties of the morphological evolution and X-ray emission

B. Hnatyk, O. Petruk|ArXiv.org|Jan 18, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、大規模な密度勾配を有する銀河間媒体における3次元断熱超新星残骸（SNR）をモデル化するための新しい解析的手法を開発した。時間の経過に従いSNRの形状は非球面的になるが、その観測形態は投影効果のためほぼ球形に保たれる。強い非対称性があるにもかかわらず、全X線放射度およびスペクトル指数はセドフ予測に近く保たれるが、表面輝度マップは初期密度構造に敏感な詳細な非対称性を示す。

ABSTRACT

The large-scale gradient of the interstellar medium (ISM) density distribution essentially affects the evolution of Supernova remnants (SNRs). In a non-uniform ISM, the shape of SNR becomes essentially non-spherical, and distributions of gas parameters inside the remnant become strongly anisotropic. The well-known self-similar Sedov solutions may not be applied to modelling such non-spherical objects. Therefore we propose a new approximate analytical method for full hydrodynamical description of 3D point-like explosions in non-uniform media with arbitrary density distribution. On the basis of this method, we investigate the general properties of evolution of 2D non-spherical adiabatic SNRs in ISM with large-scale density gradient. It is shown that the real shape of adiabatic SNR becomes more non-spherical with age, but the visible shape remains close to spherical even for strong real asymmetry (ratio of maximal to minimal shock radii) and surface brightness contrast. It is shown also that the values of the parameters of X-ray radiation from the entire SNR (luminosity, spectral index) are close to those in the Sedov case with the same initial data. However, the surface distribution of the X-ray emission parameters is very sensitive to the initial density distribution around the SN progenitor. Therefore, the X-ray maps give important information about physical conditions inside and outside of the non-spherical SNR.

研究の動機と目的

• 大規模な密度勾配を有する非一様な銀河間媒体におけるSNRをモデル化する際に、自己相似的セドフ解の限界を克服すること。
• 任意の密度分布における3次元点源爆発の完全な流体力学的記述のための近似解析的手法を開発すること。
• このような条件下における非球形断熱SNRの形態的進化およびX線放射特性を調査すること。
• 観測されたSNRの形状およびX線放射特性が、下伏する密度非均一性とどのように関係するかを評価すること。
• 強い非対称性があるにもかかわらず、全X線特性がセドフ的予測に近いかどうかを特定すること。

提案手法

• 非一様な媒体における点源爆発の3次元流体力学的モデリングのための新しい近似解析的手法を提案する。
• この手法を、銀河間媒体に大規模な密度勾配を有する2次元平面における断熱SNRの研究に適用する。
• 非等方的条件下でのショック波の進化およびガスの物理量分布を追跡するために流体力学方程式を用いる。
• SNR全体のX線放射度およびスペクトル指数を積分して計算し、セドフ解と比較する。
• 表面輝度のコントラストおよび放射パラメータの空間分布を分析するために、合成X線マップを生成する。
• 初期密度勾配を変化させた場合の形態的および放射的性質を比較することで、結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な銀河間媒体の密度勾配は、超新星残骸の形態的進化にどのように影響するか？
• RQ2 強い内部非対称性があるにもかかわらず、観測されたSNRの形状はどの程度球対称性から逸脱するか？
• RQ3 非球形SNRの全X線放射度およびスペクトル指数は、自己相似的セドフ解による予測とどの程度一致するか？
• RQ4 X線表面輝度分布は、SN爆発源周囲の初期密度構造に対してどの程度感受的か？
• RQ5 X線マップは、非対称なSNRの周囲の物理的状態を信頼できる診断手段として提供できるか？

主な発見

• 断熱SNRの実際の形状は、密度勾配の影響で時間の経過とともにますます非球面的になるが、視認可能な投影形状は、ショック半径比が高くてもほぼ球形のままである。
• SNR全体の放射度およびスペクトル指数は、同じ初期エネルギーおよび質量を持つセドフ解の予測値と近い値を保っている。
• X線マップにおける表面輝度コントラストは顕著であり、下伏する密度構造の強い非対称性を反映している。
• X線放射マップは初期密度分布に強く依存しており、爆発前のISM環境を調査するための有効なプローブである。
• 内在的な非対称性と観測された球対称性の乖離は、視線方向の投影効果に起因する。
• 提案された解析的手法により、セドフ解が不適切となる非一様な媒体における非球形SNRの進化を正確にモデリングできるようになった。