[論文レビュー] Hypercritical accretion onto a magnetized neutron star surface: a numerical approach

C. G. Bernal, William H. Lee+1 more|Redalyc (Universidad Autónoma del Estado de México)|Jun 15, 2010

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 1被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、詳細なミクロ物理学と理想MHDを用いた2次元数値シミュレーションにより、磁化された中性子星へのハイパークリティカル降着をモデル化し、強い降着が表面近くの初期磁場を埋めることで、検出可能な電波パルサーの出現が遅れる可能性を示している。結果は衝撃波位置についての解析的予測を確認しているが、強力な磁場の輸送と圧縮が生じており、降着柱内では初期値の100倍に達する磁場強度が観測された。

ABSTRACT

The properties of a new-born neutron star, produced in a core-collapse supernova, can be strongly affected by the possible late fallback which occurs several hours after the explosion. This accretion occurs in the regime dominated by neutrino cooling, explored initially in this context by Chevalier (1989). Here we revisit this approach in a 1D spherically symmetric model and carry out numerical simulations in 2D in an accretion column onto a neutron star considering detailed microphysics, neutrino cooling and the presence of magnetic fields in ideal MHD. We compare our numerical results to the analytic solutions and explore how the purely hydrodynamical as well as the MHD solutions differ from them, and begin to explore how this may affect the appearance of the remnant as a typical radio pulsar.

研究の動機と目的

• 新生中性子星の磁場および熱的進化に、遅れて発生するハイパークリティカル降着が与える影響を調査すること。
• 降着が初期磁場を埋め込み、検出可能な電波パルサーの出現を遅らせる可能性があるかどうかを検討すること。
• ニュートリノ冷却を伴うハイパークリティカル降着領域において、2次元流体力学的および理想MHDシミュレーションを解析モデルと比較すること。
• 磁場の幾何学的配置と降着率が降着柱および磁場輸送の形状に与える影響を評価すること。

提案手法

• 中性子星への降着柱を対象とした、2次元軸対称幾何におけるFLASHコードを用いた数値シミュレーション。
• 詳細なミクロ物理学、ニュートリノ冷却、およびさまざまな初期磁場配置を想定した理想MHDの組み込み。
• Chevalier (1989)の解析的解と照合するため、球対称1次元モデルをベンチマークとして用いる。
• 基準降着率（Ṁ₀）の1000倍に達する降着率をシミュレーションし、中性子星表面近くでの磁場輸送と圧縮を追跡する。
• 流体力学的およびMHD的状態における磁場の進化、衝撃波位置、流れの構造を分析する。
• 2次元場の水平平均をとり、垂直プロファイルを抽出し、解析的期待値と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2次元MHDシミュレーションにおいて、ハイパークリティカル降着が中性子星表面近くの磁場トポロジーおよび強度に与える影響は何か？
• RQ2 ニュートリノ冷却領域における2次元数値結果は、衝撃波位置および流れの構造に関して、解析的解とどの程度一致するか？
• RQ3 初期磁場が降着流に引き込まれて圧縮され、磁場埋没が生じ、パルサー放射の遅延が生じる可能性はあるか？
• RQ4 異なる初期磁場幾何配置（水平、垂直、対角、ダイポール）が、磁場の輸送および圧縮に与える影響は何か？
• RQ5 降着が停止した後、磁場が再び表面に現れるまでの時間スケールは何か？また、現在のシミュレーションフレームワークでこれをモデル化できるか？

主な発見

• 2次元シミュレーションにおける降着衝撃波位置は、Chevalier (1989)の解析的予測とよく一致しており、数値設定の妥当性が裏付けられた。
• 中性子星表面近くでは、強い圧縮とニュートリノ冷却のため、流れは断熱的挙動から逸脱し、自己相似的流れ構造が破壊された。
• すべてのMHDケースにおいて、初期磁場は完全に降着柱へと輸送され、圧縮され、表面近くで強度が最大2桁増加した。
• 中性子星表面から最初の1kmの領域で磁場強度が著しく上昇し、高降着状態では初期磁場の100倍に達する値が観測された。
• 磁場はシミュレーション全体を通じて光球層以下に留まり、浮上は観測されなかったため、磁場埋没はシミュレーション条件下で強く安定していることが示された。
• 初期には乱流構造が形成されたが、時間経過とともになだらかになり、MHDケースでは純粋な流体力学とは異なり、小スケールの磁場揺らぎが持続した。