[論文レビュー] Photo-evaporation of clumps in Planetary Nebulae

Garrelt Mellema, A. C. Raga+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、惑星状星雲内の高密度クラウドにおける光蒸発の解析的・数値的モデルを提示し、イオン化がクラウド内を通過する衝撃波を駆動し、その後ロケット効果に起因する加速が、高速で低イオン化度の Knot（FLIERs）の運動学的特徴を説明できることを示している。このモデルは、FLIERs の観測された主な特徴、すなわち速度プロファイルと放射特性をうまく再現している。

ABSTRACT

We study the evolution of dense neutral clumps located in the outer parts of planetary nebulae. These clumps will be photo-ionized by the ionizing radiation from the central star and change their structure in the process. The main effect of the ionization process is the setting up of a photo-evaporation flow and a shock running through the clump. Once this shock has moved through the entire clump it starts to accelerate because of the `rocket effect'. This continues until the entire clump has been photo-ionized. We present an analytic model for the shock and accelerating phases and also the results of numerical simulations which include detailed microphysics. We find a good match between the analytic description and the numerical results and use the numerical results to produce some of the clump's observational characteristics at different phases of its evolution. We compare the results with the properties of the fast moving low ionization knots (ansae or FLIERs) seen in a number of planetary nebulae. We find that the models match many of the kinematic and emission properties of FLIERs.

研究の動機と目的

• 中心星からのイオン化放射の下で惑星状星雲内の高密度中性クラウドの力学的進化を理解すること。
• 衝撃波の伝播とその後のロケット効果に起因する加速を含む、光蒸発プロセスのモデル化。
• 惑星状星雲に観測される高速低イオン化度 Knot（FLIERs）の観測的特徴を再現すること。
• 解析的予測と詳細な数値シミュレーション（微視的物理学を含む）を比較すること。
• 理論的モデルを観測された FLIERs の運動学的および放射特性に結びつけること。

提案手法

• クラウドの光蒸発過程における衝撃波伝播および加速段階のための解析的モデルの構築。
• イオン化、加熱、流体力学の詳細な微視的物理学を組み込んだ数値的シミュレーションの実施。
• 時間依存流体力学的手法を用いて、イオン化放射の下でのクラウド進化を追跡。
• 衝撃波後のイオン化物質の加速をモデル化するため、ロケット効果メカニズムを適用。
• モデルの妥当性を検証するため、解析解と数値結果を比較。
• シミュレーション出力から、進化の異なる段階における線スペクトルや放射強度などの観測可能な特徴を予測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心星からのイオン化放射が、どのように惑星状星雲内の高密度クラウド内を通過する衝撃波を形成・伝播させるか。
• RQ2 衝撃波通過後に、クラウド物質が加速される物理的メカニズムは何か。
• RQ3 ロケット効果が、観測された高速噴出物（FLIERs）をどれほどよく説明できるか。
• RQ4 解析的モデルとクラウドの光蒸発に関する数値シミュレーションの一致度はどの程度か。
• RQ5 このモデルは、観測された惑星状星雲内の FLIERs の運動学的および発光線特性を再現できるか。

主な発見

• 衝撃波伝播および加速段階において、解析的モデルと数値シミュレーションの間で良好な定量的一致が得られた。
• 衝撃波がクラウドを通過した後、ロケット効果がイオン化物質に顕著な加速を引き起こし、高速 FLIERs と整合的である。
• モデルは、惑星状星雲における観測された FLIERs の速度プロファイルおよび発光線特性をうまく再現した。
• 数値的シミュレーションにより、衝撃波フロントがクラウド内を通過し、その後、運動量の移動に起因する加速の増加段階が確認された。
• クラウド破壊の最終段階はロケット効果が支配的であり、高速で物質が噴出する。
• 結果は、FLIERs が惑星状星雲内の光蒸発するクラウドの残骸であるという解釈を支持している。