[論文レビュー] Hydrodynamical simulations of the jet in the symbiotic star MWC 560 I. Structure, emission and synthetic absorption line profiles

M. Stute, M. Camenzind+1 more|ArXiv.org|Sep 3, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 23被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、冷却を伴うおよび伴わない流体力学的シミュレーションを用いて、連星系MWC 560のパルス的ジェットをモデル化し、ジェット構造、放射、および合成吸収線プロファイルに注目する。主な発見は、断熱モデルでは観測スペクトルの広帯域で分離した吸収成分を定性的に再現できるが、ガス温度を過剰に見積もっており、観測された低イオン化線強度に一致させるには、より高いジェット密度または改善された冷却メカニズムが必要であるということである。

ABSTRACT

We performed hydrodynamical simulations with and without radiative cooling of jet models with parameters representative for the symbiotic system MWC 560. For symbiotic systems we have to perform jet simulations of a pulsed underdense jet in a high density ambient medium. We present the jet structure resulting from our simulations and calculate emission plots which account for expected radiative processes. In addition, our calculations provide expansion velocities for the jet bow shock, the density and temperature structure in the jet, and the propagation and evolution of the jet pulses. In MWC 560 the jet axis is parallel to the line of sight so that the outflowing jet gas can be seen as blue shifted, variable absorption lines in the continuum of the underlying jet source. Based on our simulations we calculate and discuss synthetic absorption profiles. Based on a detailed comparison between model spectra and observations we discuss our hydrodynamical calculations for a pulsed jet in MWC 560 and suggest improvements for future models.

研究の動機と目的

• 断熱冷却を伴わない流体力学的シミュレーションを用いて、連星系MWC 560におけるジェット構造と力学をモデル化すること。
• 連星系に一般的な高密度環境下でのパルス的ジェット噴出の進化を調査すること。
• シミュレートされたガス分布から合成吸収線プロファイルを計算し、観測された分光データと比較すること。
• ジェット吸収線の診断的潜在能力を、ジェット加速および進化の探査に役立てるものとして評価すること。
• 特にガス温度およびイオン化状態に関する現在のモデルの限界を特定し、改善策を提案すること。

提案手法

• パルス的低密度ジェットを高密度環境下で模擬する目的で、8つの断熱モデルと1つの放射冷却モデルを含むグリッドを用いた流体力学的シミュレーションを実施した。
• シミュレーションは、ジェットの伝播、パルスの進化、弓型衝撃波の拡大、および時間経過に伴う密度・温度構造の追跡を実施した。
• 放射プロセス（衝撃加熱および冷却）を含む、ジェットの形態と放射を可視化するための発光プロットを作成した。
• ジェット軸が観測者にほぼ平行であると仮定し、視線方向に沿ったガスの径方向速度分布を投影することで、合成吸収線プロファイルを計算した。
• パルス速度、密度、継続時間などのモデルパラメータを変化させ、それらが得られる線プロファイルに与える影響を調査した。
• ジェットの進化を評価するため、計算領域を50 AUまで延長した。今後は、環境媒体の人工的切断を避けるために、さらに延長する計画である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MWC 560におけるパルス的ジェットの流体力学的シミュレーションは、観測された広帯域で分離した吸収成分をどの程度再現できるか？
• RQ2 放射冷却は、ジェットガスの温度およびイオン化状態にどのような役割を果たし、合成吸収線プロファイルにどのような影響を与えるか？
• RQ3 合成プロファイルにおける高速成分が観測値よりも弱いのはなぜか？また、密度の上昇などのモデル調整でこの乖離を解消できるか？
• RQ4 ジェットが伝播するに従い、低密度から高密度へとどのように変化するか？その影響は運動学および観測される線プロファイルにどのようなものか？
• RQ5 断熱モデルが、放射冷却モデルの代替として、ジェットガスの投影速度分布を予測するのにどの程度有効に機能するか？

主な発見

• 断熱シミュレーションは、MWC 560で観測された広帯域で分離した吸収成分の一般的な形状および速度幅を成功裏に再現しており、平均径方向速度およびプロファイル構造と一致している。
• 速度構造において良好な一致を示す一方で、断熱モデルでは観測された低イオン化Ca ii線を説明できるほどにガス温度が高すぎるため、より効率的な冷却が必要であると示唆されている。
• 放射冷却を組み込むことでガス温度は低下するが、依然として観測されたイオン化レベルを完全に再現できず、より高いジェット密度または追加の冷却プロセスが必要であると示唆されている。
• シミュレートされた高速成分は観測値よりも著しく弱く、これはジェットパルス内のガス密度が不十分であることが主な制限要因であると示唆されている。
• 合成吸収線プロファイルには、長方形パルス形状に起因する離散的成分が現れるため、観測値によりよく一致させるには、より滑らかなパルス形状（例：ガウス型）を採用するべきである。
• シミュレーションは、計算領域を50 AUを超えて延長する必要があると示唆しており、これにより現在のところジェットの終端付近で環境媒体の密度構造が歪められる人工的切断を回避できる。