[論文レビュー] Multicomponent radiatively driven stellar winds III. Radiative-acoustic waves in a two-component wind

Jiřı́ Krtička, J. Kubát|ArXiv.org|Mar 21, 2002

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 29被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、等温二成分放射駆動星風の大型摂動に対する安定性を検討し、アボットの放射音響波理論を多成分流れに拡張する。高成分結合を示す風は減衰するアボット波を伴い安定を保つが、速度差が大きい風は、特にチャンドラセカール関数の微分が負に転じる際、イオンの暴走による不安定化を示す。これは不安定化の臨界閾値を示している。

ABSTRACT

We study stability of isothermal two-component radiatively driven stellar winds against one-dimensional perturbations larger than the Sobolev length, and radiative-acoustic waves in such stellar winds. We perform linear perturbation analysis in comoving fluid-frames of individual components and obtain dispersion relation in the common fluid-frame. For high density winds the velocity difference between velocities of both components is relatively small and the wind is stable for radiative-acoustic waves discovered originally by Abbott, in accordance with the previous studies of the one-component wind. However, for such high density winds we found new types of waves including a special case of "frozen-in" wavy patterns. On the other hand, if the velocity difference between wind components is sufficiently large (for low density winds) then the multicomponent stellar wind is unstable even for large scale perturbations and ion runaway occurs. Thus, isothermal two-component stationary solutions of the radiatively line driven stellar wind with an abrupt lowering of the velocity gradient are unstable.

研究の動機と目的

• アボットの放射音響波理論を等温二成分放射駆動星風に拡張すること。
• 多成分風が大型摂動に対して安定であるかを検討し、特に成分の分離が果たす役割に注目すること。
• 風が不安定化する条件、特に成分間の速度差が増大する場合の条件を特定すること。
• 多成分不安定性および摩擦加熱が存在する中で、ソボレフ近似が有効であるかを検討すること。
• 二成分不安定性がB型星におけるX線放射に与える影響を評価すること。

提案手法

• 各風成分（非吸収イオンと吸収イオン）の共動流体系において線形摂動解析を実施する。
• 個々の流体系からの摂動を共通の慣性系に変換することで、共通フレームの分散関係を導出する。
• チャンドラセカール関数を用いて、速度勾配に依存する放射力の依存性をモデル化し、特にその最大値と微分に注目する。
• オーワckiとリビッキー（1984）のブリッジ関係式を適用し、すべての摂動スケールにわたる安定性解析を統一する。
• さまざまな速度差に対して分散関係を数値的に解き、摂動の増幅率を分析する。
• 特に高ドリフト速度領域において、摩擦加熱が不安定性増幅に与える影響を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第二の非吸収成分が、放射駆動星風の安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 二成分風において、放射音響波（アボット波）がどのような条件下で安定を保つか？
• RQ3 成分間の大きな速度差が不安定化を引き起こすか。もしそうならば、そのメカニズムは何か？
• RQ4 二成分風においてイオン暴走不安定性が発生可能か。その発生の臨界閾値は何か？
• RQ5 多成分構造が、風モデルにおけるソボレフ近似の有効性にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 高密度で良好に結合された風で、成分間の速度差が小さい場合には、古典的アボット波が安定を保ち、一成分理論と整合的である。
• 低密度で速度差が大きい風では、特にチャンドラセカール関数の微分が負に転じる際、イオン暴走により風が不安定化する。
• 不安定化の発生は、チャンドラセカール関数の引数が関数が最大値に達する値を超えた際に特徴づけられる臨界条件に一致する。
• 高密度風では、新たな種類の波が出現する：遅く、弱く減衰する波で、空間スケールが約10^7 cmの「固定された」波状パターンとして観察される可能性がある。
• イオン暴走不安定性は高い増幅率を示し、最大で約10^6 Kの摩擦加熱が発生する可能性があり、これはB型星におけるX線活動の増強を説明する要因となる可能性がある。
• ソボレフ近似の限界を考慮すると、イオン成分が分離して別々に脱出するかどうかを解明するには、流体力学的シミュレーションが必要である。スプリングマンとポールドラッハの予測に合致する。