[論文レビュー] Magnetorotational supernova

N. V. Ardeljan, Г. С. Бисноватый-Коган+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 8, 2004

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、磁気転がり不安定性を伴う超新星モデルの2次元シミュレーションを提示し、崩壊するコア内の差動回転が、磁気力学不安定性が発生する前に、トロイダル磁場を線形に増幅することを示している。磁気圧が原始中性子星からの約15 kmの距離でガス圧と同等に達すると、MHD圧縮波が形成され、高速衝撃波に発展し、0.6 × 10⁵¹ ergのエネルギーと約0.14 M☉の噴出物を伴う超新星爆発を引き起こす。

ABSTRACT

We present the results of 2D simulations of the magnetorotational model of the supernova explosion. After the core collapse the core consists of rapidly rotating proto-neutron star and differentially rotating envelope. The generated by the differential rotation toroidal part of the magnetic energy growths linearly with time at the initial stage of the evolution of the magnetic field. The linear growth of the toroidal magnetic field is terminated by the development of magnetohydrodynamic instability, leading to the drastic acceleration of the growth of magnetic energy. At the moment when the the magnetic pressure becomes comparable with the gas pressure at the periphery of the proto-neutron star $\\sim 10-15$km from the star center the MHD compression wave appears and goes through the envelope of the collapsed iron core. It transforms soon to the fast MHD shock and produces supernova explosion. Our simulations give the energy of the explosion $0.6\\cdot 10^{51}$ ergs. The amount of the ejected by the explosion mass $\\sim 0.14M_\\odot$. The implicit numerical method, based on the Lagrangian triangular grid of variable structure was used for the simulations.

研究の動機と目的

• 差動回転と磁場増幅が超新星爆発を引き起こす役割を調査すること。
• 崩壊する星のコア内における線形磁場増幅から非線形MHD不安定性への遷移をモデル化すること。
• 磁場圧力の蓄積によって生成されるMHD波が、成功した超新星爆発を駆動できるかどうかを特定すること。
• 高解像度シミュレーションを用いて、磁気転がりモデルにおける爆発エネルギーと噴出物質量を定量すること。

提案手法

• 可変構造のラグランジュ的三角格子を用いた陰解法による2次元磁気力学( MHD )シミュレーションを実施した。
• シミュレーションは、急速に回転する原始中性子星と差動回転する包層を含む、コア崩壊後の状態をモデル化した。
• 初期の種磁場からの磁場の進化を追跡し、差動回転によるトロイダル成分の増幅に特に注目した。
• 磁気力学不安定性の発生が、磁場エネルギーの急激な増幅を引き起こすトリガーであると特定した。
• 鉄コア包層内を伝播するMHD圧縮波の挙動をシミュレーションし、衝撃波形成と爆発ダイナミクスを評価した。
• 最終シミュレーション状態からエネルギーおよび質量の噴出を計算し、爆発のエネルギー的側面を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原始中性子星内の差動回転が、超新星爆発を駆動するのに十分な磁場増幅を引き起こすことができるか？
• RQ2 磁気転がりモデルにおいて、線形的から急激な磁場エネルギー増幅への遷移を引き起こす要因は何か？
• RQ3 磁場圧力の蓄積がどのように衝撃波の形成とその後の爆発に至るか？
• RQ4 このMHD駆動型の状況下で、得られる爆発エネルギーと噴出物質量は何か？
• RQ5 MHD圧縮波は、星の包層を解体可能な高速衝撃波に進化させることができるか？

主な発見

• 原始中性子星と包層内の差動回転により、初期段階ではトロイダル磁場が時間とともに線形に増大する。
• 磁気力学不安定性が線形増大段階を終了させ、磁場エネルギー増幅の急激な加速を引き起こす。
• 原始中性子星中心から約15 kmの距離で、磁場圧力がガス圧と同等に達し、MHD圧縮波の発生を促す。
• 圧縮波は、コア内を伝播する高速MHD衝撃波に発展し、超新星爆発を駆動する。
• シミュレーションにより、爆発エネルギーは0.6 × 10⁵¹ ergに達し、観測された超新星のエネルギー的特性と整合的である。
• 爆発によって噴出される質量は約0.14 M☉であり、星の包層の顕著な解体を示している。