[論文レビュー] Final common envelope ejection by migration and jets

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|Apr 21, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、共通包層（CE）噴出の標準的α_CE規定を、軌道移行中に形成される高く扁平で厚い環連星円盤に埋め込まれた主系列伴星への降着によって駆動されるジェットフィードバック機構（JFM）に置き換えることを提案する。JFMは高速ジェットを介して残りの包層を効率的に噴出させ、シミュレーションではジェットがα_CE機構よりも多くのエネルギーを供給することが示唆されており、長年の未解決問題である不完全な噴出を解消するとともに、惑星状星雲におけるX線放射などの観測された後期CE構造を説明できる。

ABSTRACT

I summarize recent analytical and numerical studies of the common envelope (CE) process and suggest to replace the commonly used alpha-prescription for the CE ejection by a prescription based on final migration and jets launched by the companion or the core of the giant stellar primary. In the migration process the core-companion binary systems is surrounded by a highly oblate (flatten) envelope, a thick circumbinary disk, formed by the large angular momentum transferred from the core-companion system to the envelope. I then show that the energy that can be released by an accreting main sequence companion can surpass the mutual gravitational energy of the core and the companion. An efficient channel to leash the accretion energy to expel the CE is through jets operating via a feedback mechanism (JFM).

研究の動機と目的

• 共通包層（CE）噴出の未解決問題、すなわち、シミュレーションおよび観測では大部分の包層質量が束縛されたまま残ることを扱う。
• 包層の噴出を引き起こすエネルギー源として、降下による重力エネルギーのみに依存する標準的α_CEエネルギー規定を疑問視し、最終的噴出のための新しいメカニズムを提示する。
• 後期CE連星系の生存および楕円形惑星状星雲や広がったX線放射といった観測された構造の形成を説明する。
• 主系列伴星がフィードバック機構（JFM）を通じて発生させるジェットが、最終的包層の解体に支配的なエネルギー源を提供すると提案する。
• ジェットフィードバック機構（JFM）がα_CE規定からのエネルギーを上回り得ることを示し、移行だけでは失敗する場合でも効率的な噴出が可能になることを示す。

提案手法

• CE段階を二段階のプロセスとしてモデル化する：まず、コア-同伴連星が包層に運動量移動を引き起こすことで軌道移行が進行し、高に扁平で厚い環連星円盤が形成される。
• 同伴が軌道外の物質から降着する新しい降着幾何学的配置を導入し、低密度であっても安定な円盤形成を可能にする。
• ジェットフィードバック機構（JFM）を適用する。ここで、降着質量の最大20–40%が、速度≳500 km s⁻¹の双極的ジェットとして放出され、高温で低密度の気泡を形成する。
• エネルギー収支を用いる：E_bind = E_jets + E_α_CE であり、大多数の生存系ではE_jets > E_α_CE であるため、ジェットが最終的噴出エネルギーを支配することが示される。
• フィードバックループを組み込む：ジェットによって誘発された気泡の拡張がガスを赤道面に押し出し、円盤に再供給（正のフィードバック）をもたらす一方、包層の除去により降着が減少する（負のフィードバック）。
• CE後のジェット活動（PCEJs）を予測し、惑星状星雲を形作り、広がったX線放射を生成する。これは若い楕円形PNeで観測可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜシミュレーションおよび観測では、約25%のCEしか噴出されず、残りは束縛されたまま残るのか？これはα_CE規定と矛盾する。
• RQ2 α_CE機構が失敗した場合、主系列伴星が発生させるジェットが、残りのCEを解体するのに十分なエネルギーを供給できるか？
• RQ3 共通包層の高に扁平で低密度な環境において、降着円盤の形成とジェット発生を可能にする物理的条件は何か？
• RQ4 ジェットフィードバック機構（JFM）は、標準的モデルと比較して、最終的CE段階のエネルギー予算および力学的挙動をどのように変化させるか？
• RQ5 観測的特徴として、広がったX線放射のようなものがあるが、これらは後期CE系および惑星状星雲におけるJFMに起因するものと特定できるか？

主な発見

• ジェットフィードバック機構（JFM）は、標準的α_CE規定よりも多くのエネルギーを包層噴出に供給でき、生存系の大多数でE_jets > E_α_CE である。
• 主系列伴星から発生する速度≳700 km s⁻¹のジェットは、高温で低密度の気泡を形成し、衝撃加熱と拡張によって包層質量を効率的に除去する。
• CE進化後の最終的軌道分離はα_CEに依存するのではなく、移行、円盤降着、ジェットフィードバックの相互作用によって決定され、移行によって分離は約5–30 R☉にまで減少する。
• 降着質量の約20–40%がジェットとして放出され、降着質量はコア質量のおよそ0.1倍であるため、効率的なエネルギー転送が可能である。
• 後期CEジェット（PCEJs）は噴出後も持続し、惑星状星雲を形作り、広がったX線放射を生成する。これは一部の楕円形PNeの観測と整合的である。
• JFMは主にCE進化の段階cに作用する——すなわち、同伴が深く埋め込まれ、包層が高に扁平な段階に作用する——ため、最終的噴出のための遅い段階のメカニズムである。