[論文レビュー] Magnetized accretion-ejection structures IV. Magnetically-driven jets from resistive, viscous, Keplerian discs

Fabien Casse, Jonathan Ferreira|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 1999

Mechanics and Biomechanics Studies被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、磁気圧力（ジェット駆動）と乱流粘性トルク（ディスク散逸）の両方を組み合わせることで、冷たい断熱的ジェットを駆動する定常状態・自己相似な磁化された降着円盤のモデルを提示する。主な発見は、高アルベール数マッハ数の冷たいジェットを生成できるのは、非等方的乱流散逸を示す弱い散逸性で薄いディスクに限られ、幾何学的要因によってアルベール表面の位置が制約されるため、粘性トルクが支配的にはなりえないことである。

ABSTRACT

We present steady-state calculations of self-similar magnetized accretion discs driving cold, adiabatic, non-relativistic jets. For the first time, both the magnetic torque due to the jets and a turbulent "viscous" torque are taken into account. This latter torque allows a dissipation of the accretion power as radiation at the disc surfaces, while the former predominantly provides jets with power. The parameter space of these structures has been explored. It is characterized by four free parameters, namely the disc aspect ratio and three MHD turbulence parameters, related to the anomalous magnetic diffusivities and viscosity. It turns out that launching cold jets from thin, dissipative discs implies anisotropic turbulent dissipation. Jets that asymptotically reach a high Alfvenic Mach number are only produced by weakly dissipative discs. We obtained general analytical relations between disc and jet quantities that must be fulfilled by any steady-state model of cold jets, launched from a large radial extension of thin discs. We also show that such discs cannot have a dominant viscous torque. This is because of the chosen geometry, imposing the locus of the Alfven surface. Some observational consequences of these cold magnetized accretion-ejection structures are also briefly discussed.

研究の動機と目的

• 定常状態・自己相似な磁化された降着円盤をモデル化し、冷たい断熱的・非相対論的ジェットを駆動すること。
• ジェット噴出に起因する磁気トルクとディスク散逸に起因する乱流粘性トルクを、一つの枠組みに統合すること。
• このような系のパラメータ空間を探索し、ディスクの厚さ比とMHD乱流パラメータに焦点を当てる。
• 薄い散逸性ディスクから高アルベール数マッハ数の冷たいジェットをどのように発生させられるかの条件を特定すること。
• 任意の定常状態の冷たいジェットモデルにおいて、ディスクとジェットの量の間で成立する一般化された解析的関係を導出すること。

提案手法

• 本研究では、定常状態・軸対称な降着円盤モデルにおける磁気流体力学（MHD）方程式に対して、自己相似解を用いる。
• 運動量およびエネルギー方程式に、ジェット駆動に起因する磁気トルクと、異常拡散率および粘性率に起因する乱流粘性トルクを含める。
• ディスクは薄く、ケプラーモデルであり、抵抗性を有するものとし、磁気拡散率および粘性率に半径依存性を仮定する。
• アルベール表面は幾何学的制約により固定され、磁界がガス圧を上回る位置が定義される。
• 自己相似仮定と保存則を用いて、ディスクとジェットの量の間の解析的関係を導出する。
• パラメータ空間の探索には、ディスク厚さ比と3つのMHD乱流パラメータ（拡散率および粘性率関連）の4つの自由パラメータを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 薄く抵抗性で粘性のあるケプラーディスクから、冷たい断熱的ジェットをどのように発生させられるか？
• RQ2 磁気トルクと粘性トルクの相対的寄与度が、ジェット出力とディスク構造にどのように影響を与えるか？
• RQ3 非等方的乱流散逸が、高アルベール数マッハ数ジェットの生成に果たす役割は何か？
• RQ4 粘性トルクは散逸的役割を果たすにもかかわらず、この幾何学的設定ではなぜ支配的になれないのか？
• RQ5 任意の定常状態の冷たいジェットモデルにおいて、ディスクとジェットの量の間に成立する一般化された解析的関係は何か？

主な発見

• 高アルベール数マッハ数の冷たいジェットは、弱い散逸性ディスクからのみ生成可能であり、ジェット発生領域におけるエネルギー散逸に厳しい制限が存在することを示唆している。
• 非等方的乱流散逸（拡散率と粘性率が等しくない状態）は、薄く散逸性のあるディスクからの冷たいジェット発生に不可欠な条件である。
• 幾何学的制約によりアルベール表面の位置が固定されるため、粘性トルクは降着過程で支配的にはなりえない。これは、ジェット発生領域で磁気トルクが優位になることを意味する。
• 本モデルは、任意の定常状態の冷たいジェットモデルが、薄いディスクから発生する場合に満たすべき、ディスクとジェットの量の間の一般解析的関係を確立している。
• 粘性トルクと磁気トルクの両方を含めることで、ディスク表面での降着パワー散逸と、磁場によるジェットパワー抽出の整合的記述が可能になった。