[論文レビュー] New insight on Young Stellar Objects accretion shocks -- a claim for NLTE opacities

L. de Sá, J.-P. Chièze+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、若い星の対象物（YSO）の降着衝撃モデルにおける2つの長年の仮定に挑戦する：静的なコアスフェアと光学的に薄い放射移動。1次元流体力学シミュレーションを用い、放射流体力学結合と非局所熱力学平衡（NLTE）イオン化を組み合わせることで、コアスフェア音響加熱と放射フィードバックが衝撃ダイナミクスを顕著に変化させ、列の埋没が解消され、X線の放出が促進されることを示した。X線の放射能効率は、モデル仮定に応じて入射機械的エネルギーの30–94％の間で変動する。

ABSTRACT

Context. Accreted material onto CTTSs is expected to form a hot quasi-periodic plasma structure that radiates in X-rays. Simulations of this phenomenon only partly match with observations. They all rely on a static model for the chromosphere model and on the assumption that radiation and matter are decoupled. Aims. We explore the effects on the structure and on the dynamics of the accretion flow of both a shock-heated chromosphere and of the coupling between radiation and hydrodynamics. Methods. We simulate accretion columns falling onto a stellar chromosphere using the 1D ALE code AstroLabE. This code solves the hydrodynamics equations along with the two first momenta equations for radiation transfer, with the help of a dedicated opacity table for the coupling between matter and radiation. We derive the total electron and ions densities from collisional-radiative NLTE ionisation equilibrium. Results. The chromospheric acoustic heating has an impact on the duration of the cycle and on the structure of the heated slab. In addition, the coupling between radiation and hydrodynamics leads to a heating of the accretion flow and the chromosphere, inducing a possible unburial of the whole column. These two last conclusions are in agreement with the computed monochromatic intensity. Both effects (acoustic heating and radiation coupling) have an influence on the amplitude and temporal variations of the net X-ray luminosity, which varies between 30 and 94% of the incoming mechanical energy flux, depending on the model considered.

研究の動機と目的

• 降着衝撃モデルにおいて静的で等温なコアスフェアを仮定することの妥当性を検証すること。
• 放射流体力学結合が衝撃構造とX線放射に与える影響を調査すること。
• NLTEイオン化平衡が衝撃後温度と冷却効率を決定づける役割を評価すること。
• コアスフェア加熱と放射フィードバックがX線変動の周期性と検出可能性に与える影響を評価すること。

提案手法

• 2モーメント法を用いて流体力学と放射移動を併用した、AstroLabEコードによる1次元降着列のシミュレーション。
• 放射流体力学における物質-放射結合をモデル化するための専用吸収率テーブルを導入。
• 水素およびヘリウムの衝突・放射的NLTEイオン化平衡を用いて電子およびイオン密度を計算。
• 3つのモデルを比較：基準（LTE、静的コアスフェア）、コアスフェア音響加熱（Chr–Λ）、ハイブリッド（放射結合、NLTE）。
• 各モデルの表面放出単色強度およびX線放射能を計算し、観測的特徴を評価。
• LTEおよびNLTE後処理を用いてスペクトル特徴を分析し、特にX線、UV、可視光帯域における特徴を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コアスフェア音響加熱は、降着衝撃におけるサイクル周期とX線変動にどのように影響を与えるか？
• RQ2 放射流体力学結合は、降着列の構造とX線放射能をどの程度変化させるか？
• RQ3 NLTE吸収率とイオン化平衡は、衝撃後冷却と衝撃ダイナミクスにどのように影響を与えるか？
• RQ4 放射フィードバックは列の埋没を解消させ、X線の放出を促進し、検出可能性を向上させ得るか？
• RQ5 放射前加熱は、降着流の流入にどのような影響を与えるか？

主な発見

• コアスフェア音響加熱により、長期間にわたる高温状態を示す混沌とした衝撃サイクルが生じ、X線変動の振幅が低下し、検出にはより高い光度感度が要求される。
• 放射流体力学結合は放射フィードバックを引き起こし、コアスフェアを加熱・膨張させ、列の埋没が解消され、横方向へのX線放出が促進される。
• NLTEイオン化の組み込みにより、衝撃後冷却効率が顕著に変化し、これによりサイクル期間と衝撃構造が変化する。
• X線放射能効率は、モデル仮定に応じて入射機械的エネルギーfluxの30％～94％の間で変動し、放射結合を含むモデルで高い値を示す。
• 表面放出スペクトルには強いX線線スペクトル発光、発光/吸収線を伴うほぼ黒体的な可視光スペクトル、および逆衝撃で強いEUV成分が観測され、外縁で吸収により弱体化する。
• ハイブリッドモデルは、流入流を事前に加熱する放射予備波を示しており、降着列におけるこれまでに無視されてきた加熱機構を示唆している。