[論文レビュー] Magnetic processes in a collapsing dense core. II Fragmentation. Is there a fragmentation crisis ?

P. Hennebelle, Romain Teyssier|ArXiv.org|Sep 18, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 22被引用数 108

ひとこと要約

本研究では、高解像度MHDシミュレーションを用いて、収縮する高密度核における磁場による破片化抑制を調査している。弱い初期摂動は、非等方的回転から生じるトロイダル磁場の成長によって抑制され、μ = 20まで安定した円盤が形成されるが、大振幅の摂動では高μでも破片化が進行し、二重星形成の代替経路（第二崩壊）が存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

Abridged. A large fraction of stars are found in binary systems. It is therefore important for our understanding of the star formation process, to investigate the fragmentation of dense molecular cores. We study the influence of the magnetic field, ideally coupled to the gas, on the fragmentation in multiple systems of collapsing cores. We present high resolution numerical simulations performed with the RAMSES MHD code starting with a uniform sphere in solid body rotation and a uniform magnetic field parallel to the rotation axis. We pay particular attention to the strength of the magnetic field and interpret the results using the analysis presented in a companion paper. The results depend much on the amplitude, $A$, of the perturbations seeded initially. For a low amplitude, $A=0.1$, we find that for values of the mass-to-flux over critical mass-to-flux ratio, $μ$, as high as $μ= 20$, the centrifugally supported disk which fragments in the hydrodynamical case, is stabilized and remains axisymmetric. Detailed investigations reveals that this is due to the rapid growth of the toroidal magnetic field induced by the differential motions within the disk. For values of $μ$ smaller $\simeq 5$, corresponding to larger magnetic intensities, there is no centrifugally supported disk because of magnetic braking. When the amplitude of the perturbation is equal to $A=0.5$, each initial peak develops independently and the core fragments for a large range of $μ$. Only for values of $μ$ close to 1 is the magnetic field able to prevent the fragmentation. Since a large fraction of stars are binaries, the results of low magnetic intensities preventing the fragmentation in case of weak perturbations, is problematic. We discuss three possible mechanisms...

研究の動機と目的

• 磁場が収縮する高密度核における破片化に与える影響、特に質量磁束比（μ）と初期摂動振幅との関係を特定すること。
• 標準モデルでは磁場が破片化を抑制するにもかかわらず観測された二重星が一般的であるという「破片化の逆説」を解消すること。
• 標準的な円盤破片化が失敗する強磁場下でも、二重星形成を可能にする物理的メカニズムを同定すること。
• トロイダル磁場の成長、磁場ブレーキ、および第二崩壊のような代替破片化経路の役割を評価すること。

提案手法

• 回転軸に沿って整列した均一な磁場が貫通する、非乱流的で均一な回転核を用い、RAMSESコードを用いた高解像度MHDシミュレーションを実施する。
• 質量磁束比μ（1から1000まで）と初期摂動振幅A（0.1または0.5）を変化させ、それらが破片化に与える影響を分離する。
• 同伴論文（Hennebelle & Fromang 2007）の解析的枠組みを用いて、降着および噴出のダイナミクスと磁場の進化を解釈する。
• 円盤内での非等方的回転に起因するトロイダル磁場成分の増大を追跡し、その増大に伴うアルヴェーン速度の上昇がもたらす安定化効果を評価する。
• 低μ（強い磁場）における磁場ブレーキの効率と円盤形成の可否を分析する。この場合、崩壊は磁場線支配的となり、角運動量が除去される。
• 特に高μ核において、第二崩壊段階での破片化が代替メカニズムとして有効であるかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 実際のμ値を想定した場合、磁場がμ = 20でさえも、円盤破片化を抑制できるか？
• RQ2 初期摂動が小さい場合、低摂動の回転円盤が磁場核内でどのように磁場によって安定化されるか？
• RQ3 初期摂動が大きければ（A = 0.5）、高μであってもなぜ破片化が継続するのか？
• RQ4 強い磁場下で第二崩壊段階での破片化が、二重星形成の代替的経路として有効であるか？
• RQ5 アンビパラドックス拡散または初期核の不均一性が、磁場付き核における破片化の可能性に与える影響は？

主な発見

• 初期摂動振幅が小さい（A = 0.1）場合、磁場はμ = 20まで破片化を抑制する。これは、非等方的回転に起因するトロイダル磁場成分の急速な増大により、有効音速が上昇し、円盤が安定化するためである。
• 安定化は磁場ブレーキによるものではなく、誘導されたトロイダル磁場に伴うアルヴェーン速度の上昇によるものであり、非等方的回転する円盤で顕著に現れる。
• μ < 5の場合は、磁場ブレーキが円盤形成そのものを阻止するため、角運動量の損失により破片化はさらに困難になる。
• 初期摂動振幅が大きい（A = 0.5）場合、μの広い範囲で破片化が進行し、μ ≈ 1（ほぼ臨界磁場）でのみ破片化が抑制される。
• 初期核に十分な大規模な不均一性が存在する、または第二崩壊段階での破片化が発生する場合、この結果は「破片化の逆説」の解決策となる可能性がある。
• 第二崩壊は、初期円盤破片化とは独立して進行するため、強磁場核においても二重星形成を確実に可能にする強力なメカニズムである可能性がある。