[論文レビュー] Outflows from magnetic rotators II. Asymptotic structure and collimation

Thibaut Lery, J. Heyvaerts+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 1999

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、一様な外部圧力下での回転・磁化された物体からの磁気流体力学的（MHD）噴流の漸近的構造およびコリメーションを調査する。理想的で軸対称的かつ定常的なMHDに、アルヴェーン正則性および源付近の円錐幾何学的構造を仮定すると、遅い回転の物体はガス圧が支配的な広がりのある電流分布を生じるが、速い回転の物体は電流を運ぶコアと電流のない膜に囲まれた構造を形成し、その中で方位磁場が支配的になる。外部圧力が増加するにつれて全総ポリオイド電流は減少するが、極めて小さい圧力に対しても有限の電流が依然として残存する。

ABSTRACT

The asymptotic structure of outflows from rotating magnetized objects confined by a uniform external pressure is calculated. The flow is assumed to be perfect MHD, polytropic, axisymmetric and stationary. The well known associated first integrals together with the confining external pressure, which is taken to be independent of the distance to the source, determine the asymptotic structure. The integrals are provided by solving the flow physics for the base within the framework of the model developed in Paper I (Lery et al. 1998), which assumes conical geometry below the fast mode surface, and ensures the Alfvén regularity condition. Far from the source, the outflow collimate cylindrically. Slow (i.e. with small rotation parameter $ω$) rigid rotators give rise to diffuse electric current distribution in the asymptotic region. They are dominated by gas pressure. Fast rigid rotators have a core-envelope structure in which a current carrying core is surrounded by an essentially current free region where the azimuthal magnetic field dominates. The total asymptotic poloidal current carried away decreases steadily with the external pressure. A sizeable finite current remains present for fast rotators even at exceedingly small, but still finite, pressure.

研究の動機と目的

• 回転・磁化された物体からの磁気流体力学的（MHD）噴流の漸近的構造を、一様な外部圧力下で特定すること。
• 理想的で定常的かつ軸対称的なMHD流れにおいて、源から遠く離れた領域でのコリメーションおよび電流分布の進化を理解すること。
• アルヴェーン正則性条件および円錐幾何学的構造が噴流構造に与える影響を検討すること。
• 外部圧力および回転速度に依存する全ポリオイド電流の依存関係を調査すること。
• 広がりのある電流分布（遅い回転子）とコア-膜構造（速い回転子）との間の遷移を明確にすること。

提案手法

• 本研究では、完全流体仮定を用いた理想的で定常的かつ軸対称的、多項式則を満たすMHDを採用する。
• MHD方程式から導かれる第一積分、特にアルヴェーン臨界面条件を用いる。
• 流れは高速モード面以下の領域で円錐的とみなされ、臨界面上でのアルヴェーン正則性が保証される。
• 外部圧力は、噴流を閉じ込め、その漸近的構造に影響を与える定数パラメータとして扱われる。
• 大距離での漸近的挙動を解析し、コリメーションおよび電流分布に注目する。
• これらの制約下で支配的となるMHD方程式から数値解を導出し、源から遠く離れた領域の構造を特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 磁化回転子からのMHD噴流の漸近的構造は、回転パラメータおよび外部圧力にどのように依存するか？
• RQ2 大距離での噴流のコリメーションは何かによって決定され、それはシリンダ形コリメーションに近づくか？
• RQ3 ポリオイド電流の分布は漸近領域でどのように進化し、回転速度はその過程にどのような役割を果たすか？
• RQ4 なぜ速い回転子では極めて小さい外部圧力に対しても有限のポリオイド電流が持続するのか？
• RQ5 遅い回転子（広がりのある分布）と速い回転子（コア-膜構造）における電流分布の違いは何か？

主な発見

• 遅い剛体的回転子は、ガス圧が支配的な広がりのある電流分布を漸近領域に生じ、コリメーションの程度はやや弱い。
• 速い剛体的回転子はコア-膜構造を形成する：電流を運ぶコアが、電流のない領域に囲まれており、その中で方位磁場が支配的になる。
• 外部圧力が増加するにつれて、漸近的全ポリオイド電流は一貫して減少する。
• 極めて小さいが有限の外部圧力に対しても、磁場および回転の持続的影響により、速い回転子では大きな有限のポリオイド電流が依然として残存する。
• 噴流は漸近的にシリンダ形コリメーションに近づくことから、源から遠く離れた領域で安定したコリメート構造を形成することが示唆される。
• 内側領域におけるアルヴェーン正則性条件および円錐幾何学的構造の仮定は、漸近的流れ構造を決定するために不可欠である。