[論文レビュー] Jittering-jets explosion triggered by the standing accretion shock instability

Oded Papish, Avishai Gilkis+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2015

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics参考文献 9被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、核崩壊超新星における定常降着衝撃不安定性（SASI）が、降着物質に十分な確率的角運動量を供給し、ジャッタリングジェット爆発メカニズムを駆動できることを提案している。SASIは、降着エネルギーの10％を超える運動エネルギーを持つ横方向の運動を生じさせることで、約5°の開口角を持つ一時的な極領域の円錐状領域を形成し、ジェットに類似した噴出を可能にし、爆発を引き起こす。

ABSTRACT

We show that the standing accretion shock instability (SASI) that has been used to ease the shock revival in core collapse supernovae (CCSNe) neutrino-driven explosion models, might play a much more decisive role in supplying the stochastic angular momentum required to trigger an explosion with jittering jets. We find that if the kinetic energy associated with the transverse (non radial) motion of the SASI is larger than about ten percent of the energy associated with the energy of the accreted gas, then the stochastic angular momentum can reach about five percent of the Keplerian specific angular momentum around the newly born neutron star. Such an accretion flow leaves an open conical region along the poles with an average opening angle of about 5 degrees. The outflow from the open polar regions powers an explosion according to the jittering-jets model.

研究の動機と目的

• 核崩壊超新星におけるジャッタリングジェット爆発メカニズムに必要な確率的角運動量をSASIが供給できるかどうかを調査すること。
• SASI駆動の降着流における横方向運動が、ジェットが発生可能な極領域を開くことができるかどうかを特定すること。
• 降着流における極回避円錐の特定角運動量とそれに対応する開口角を定量化すること。
• SASIによる駆動が、予め崩壊前の乱流に依存するのではなく、ジャッタリングジェットモデルの実現可能性を評価すること。

提案手法

• フェルナンデス（2010）が提示したSASIのスパイラルモード解を用いて、降着物質の時間平均された特定角運動量を計算した。
• 径方向降着における角運動量条件を適用し、降着が停止する極の開口角θₐの限界を計算した。
• 公式θₐ ≈ √(j / j_K) を用いて開口角を計算した。ここでjは特定角運動量、j_Kはケプラーラン値である。
• 自由落下時間スケールが約3.1 msのフェルナンデス（2010）の4つのSASIモデルのデータをデジタイズし、角運動量と開口角の時間的変動を分析した。
• 降着帯における磁場増幅の可能性を評価し、ジェット発生効率のさらなる向上を検討した。
• これらの結果が、約1 foeの爆発エネルギーを達成するジャッタリングジェットモデルに与える意味を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 定常降着衝撃不安定性（SASI）は、ジャッタリングジェット爆発メカニズムを可能にするのに十分な確率的角運動量を生成できるか？
• RQ2 横方向の運動エネルギーが降着エネルギーの10％を超える場合、極回避円錐の開口角はどの程度になるか？
• RQ3 SASI駆動の流れにおける降着物質の時間平均された特定角運動量は、ケプラーラン値と比べてどの程度か？
• RQ4 SASI駆動の角運動量変動が、間歇的ジェット形成と衝撃波の再生にどの程度寄与するか？
• RQ5 降着帯における磁場増幅が、SASI駆動のジェット発生可能性をさらに高められるか？

主な発見

• 横方向運動が降着エネルギーの10％を超えると、新生した中性子星周辺で降着物質の特定角運動量はケプラーラン値のおよそ5％に達する。
• この角運動量により、平均して約5度の開口角を持つ一時的な極領域の円錐状領域が形成され、降着が抑制される。
• 開口角は時間とともに変動し、フェルナンデス（2010）が研究した4つのSASIモデルにおいて、複数の時間間隔でθₐ ≈ 10°が観測された。
• SASIスパイラルモードの横方向運動は、ジャッタリングジェットモデルにおけるジェット形成を開始するのに十分な確率的角運動量を供給できる。
• 降着帯における磁場増幅は、開口角をさらに拡大し、ジェットエネルギー出力を向上させる可能性がある。
• これらの結果は、SASIがジャッタリングジェット機構の主要因となり得ることを示唆しており、約1 foeのエネルギーを持つ爆発を可能にする可能性がある。