[論文レビュー] Physical effects of gas envelopes with different extension on the collapse of a gas core

Guillermo Arreaga‐García, Julio Saucedo Morales|arXiv (Cornell University)|Aug 20, 2013

Astro and Planetary Science被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、固定された初期エネルギー比（α, β）と動的変数（aem、角運動量）を用いた3次元SPHシミュレーションを用いて、分子水素コアを取り巻くガスエンvelopeの径方向拡張が重力収縮に与える影響を調査する。結果として、より大きなエンvelopeは収縮の遅れ、角運動量損失の増加、スパイラル腕の発展様式の変化を引き起こすことが判明した。特に、密度が高く、より広がったエンvelopeではaem比が体系的に低下し、モデル間での収縮結果の定量的比較フレームワークを提供する。

ABSTRACT

In this paper we study the gravitational collapse of a molecular hydrogen gas cloud composed of a core plus a gas envelope surrounding the core. We numerically simulate the collapse of four cloud models to take a glimpse to the time evolution of several dynamic variables, such as the angular momentum and the $aem$ ratio, as well as the ratios between the thermal and rotational energies with respect to the potential gravitational energy, denoted as $α$ and $β$, respectively, among others. We re-take those models introduced by Arreaga et.al (Astronomy and Astrophysics, {\bf Vol. 509}, (2010), pag. A96.) in the present paper in order to produce different outcomes of the collapsing cloud characterized in terms of the aforementioned dynamical variables. Such characterization was missing in the paper by Arreaga et.al (Astronomy and Astrophysics, {\bf Vol. 509}, (2010), pag. A96.), and here we show that the gas envelope extension effects on the collapsing core can be quantitatively compared.

研究の動機と目的

• ガスエンvelopeの拡張を変化させた場合の分子水素ガスコアの重力収縮を定量的に特徴づけること。
• Arreagaら（2010）の研究における欠落を埋めるために、統合的および力学的性質（例：α, β, aem, 角運動量）を導入し、収縮結果を比較すること。
• エンvelopeの拡張が、収縮するプロト星雲における角運動量再分配、スパイラル腕形成、およびバーリアライゼーション挙動に与える影響を特定すること。
• 次元なしの力学的変数とエネルギー比に基づいて、収縮ダイナミクスを体系的に比較すること。

提案手法

• 等温状態方程式を用いたSPH法による数値流体力学的シミュレーション。
• Arreaga ら（2010）の4つの雲モデルを再利用し、ガスエンvelopeの径方向拡張のみが異なる。
• 主な動的変数の計算：比角運動量（J/M）、aem比（aem = cJ / (G M²)）、エネルギー比α（熱エネルギー／重力エネルギー）およびβ（回転エネルギー／重力エネルギー）。
• 粒子カット基準を適用して収縮するクラスタを分離し、バーリアライゼーション状態を評価する。
• 収縮過程中の時間発展を追跡するため、α, β, aem, 角運動量の時系列解析を実施。
• 収縮文献と整合性を保つために、全モデルでαおよびβの値を固定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガスエンvelopeの径方向拡張は、コア収縮中のaem比の時間的変化にどのように影響するか？
• RQ2 エンvelopeの拡張は、吸収粒子内の角運動量再分配にどのような影響を及えるか？
• RQ3 エネルギー比αおよびβは時間とともにどのように変化し、エンvelopeサイズによってどのように制御されるか？
• RQ4 エンvelopeの拡張と、収縮雲内でのスパイラル腕の形成および持続性の関係は何か？
• RQ5 中心クラスタと周囲のガスリングはどの程度バーリアライズするか？その程度はエンvelopeサイズにどのように依存するか？

主な発見

• より大きなガスエンvelopeはコア収縮の開始を遅らせ、雲全体にわたる密度増加がより均一になることが図9で示された。
• 中心クラスタを取り巻くガスリングの半径は、熱的および遠心力的支えの両方の寄与により、エンvelope拡張に伴い増加する（図10参照）。
• エンvelope拡張が大きくなるにつれて、コアに吸収する粒子のaem比は体系的に低下するが、ピーク密度は低くなる傾向にあり、これは角運動量損失の増加を示している（図14参照）。
• 小さなエンvelopeを持つモデルではスパイラル腕がより広がるが、大きなエンvelopeではコア内の回転エネルギーが減少するため、スパイラル腕の発展が抑制される（図15参照）。
• エンvelope拡張が大きくなるにつれて、中心で最も密度の高いクラスタはよりコンパクトになり、吸収粒子の経路長が延びる（図16参照）。
• 収縮中の最大β比および最小α比はエンvelope拡張によって制御され、大きなエンvelopeでは回転エネルギーの蓄積が抑制される（図20参照）。