[論文レビュー] Reviving the stalled shock by jittering jets in core collapse supernovae: The key role of magnetic fields

Noam Soker|arXiv (Cornell University)|May 9, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 11被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、大規模な摂動が質量の大きな星の崩壊直前のコアに及ぼす影響について提案している。もともと遅延中性子びょう発動メカニズムを支援するために導入されたこれらの摂動は、より顕著にジャッタリングジェット爆発メカニズムを強化する。具体的には、降着質量の単位角運動量を増加させることで、その効果をもたらす。研究では、この角運動量が断続的な降着ベルトやディスクを駆動し、磁場と高分解能流体力学が組み込まれた場合にのみジェットを発生させることを示している。これにより、中性子びょう加熱が主要なエネルギー源であるジェット駆動型爆発のパラダイム転換を提唱する。

ABSTRACT

I find that an ingredient that was added in a recent study to facilitate the delayed neutrino explosion mechanism of core collapse supernovae, namely, large scale perturbations in the pre-collapse core, has a larger positive influence on the jittering jets explosion mechanism. By following the specific angular momentum of the accreted mass on to the newly born neutron star, I find that the accreted mass is likely to form intermittent accretion belts and disks, although they might lack axisymmetrical structure. These accretion belts and disks are likely to launch jets, but this can be simulated only if magnetic fields are included in the numerical code, as well as high numerical resolution that follows the rotation of the newly born neutron star and the shear in the accretion flow. I also discuss the possibility that the rotation of the pre-collapse core is important in increasing the shear in the accretion flow, hence the amplification of the magnetic fields. I call for a paradigm shift from a neutrino-driven explosion mechanism of massive stars to a jet-driven explosion mechanism aided by neutrino heating. Such a paradigm shift will bring the recognition that to simulate core collapse supernovae one must use magneto-hydrodynamical numerical codes.

研究の動機と目的

• 崩壊直前のコアの摂動がジャッタリングジェット爆発メカニズムをどのように促進するかを調査すること。
• シミュレーションにおける降着質量の単位角運動量が、断続的な降着構造（ベルトやディスク）を生じる可能性があるかどうかを評価すること。
• 降着フローからのジェット形成に、磁場と高い数値的分解能がなぜ不可欠であるかを評価すること。
• コア崩壊超新星における中性子びょう駆動型からジェット駆動型爆発メカニズムへのパラダイム転換を主張すること。
• 崩壊直前のコアの回転が、降着フローにおけるせん断運動と磁場増幅に与える影響を検討すること。

提案手法

• Müllerら（2017）の、大規模な崩壊直前のコア摂動を含むシミュレーションデータを用いて、時間経過に伴う降着質量の単位角運動量を分析した。
• 角運動量の揺らぎから非軸対称な降着ベルトやディスクが形成される可能性を評価するため、限界角θₐ（式2）を定義した。
• 降着フロー内のエネルギー収支と角運動量の変化を評価し、SASIと中性子びょう駆動乱流による角運動量の増幅を焦点とした。
• 磁場が非軸対称な降着フローからのジェット形成に果たす役割を評価し、特に崩壊直前のコアにおける回転せん断と衝撃波後方の不安定性による磁場増幅の重要性を強調した。
• 高分解能磁気流体力学（MHD）シミュレーションを必要不可欠なフレームワークとして用い、中性子星の回転と降着フロー内のせん断を追跡した。
• 先行研究（例：Zilbermanら 2018；O’Connor & Couch 2018）の結果を統合し、崩壊直前の摂動と回転を含むMHDシミュレーションの有効性を裏付けた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 崩壊直前のコアにおける大規模な摂動が、断続的な降着ベルトやディスクを形成するのに十分な角運動量の揺らぎを生じるか？
• RQ2 コア崩壊超新星における非軸対称な降着フローからのジェット形成に、磁場が果たす役割は何か？
• RQ3 崩壊直前のコアの回転を含めると、降着フローにおける磁場増幅とせん断運動にどのような影響が生じるか？
• RQ4 中性子びょう加熱と角運動量の揺らぎが、ジャッタリングジェット爆発メカニズムをどの程度支援するか？
• RQ5 なぜ高分解能MHDシミュレーションがジェット駆動型爆発をモデル化するために不可欠であり、現在の中性子びょう駆動型シミュレーションでは欠落している主要な要素は何か？

主な発見

• Müllerら（2017）のシミュレーションにおける降着質量の単位角運動量は、非軸対称な流れ構造がある中でも、断続的な降着ベルトやディスクを形成するのに十分な値に達している。
• 角運動量の揺らぎから算出された限界角θₐは、一時的なディスクやベルトの形成確率が非常に高いことを示しており、このような構造からのジェット発生の可能性を裏付けている。
• 磁場は降着フローからのジェット形成に不可欠である。磁場がなければ、高角運動量の揺らぎがあっても双極的噴流は生成されない。
• 降着フロー内でのダウンフローと回転する中性子星との間、およびダウンフロー同士のせん断を解像するため、高い数値的分解能がジェットダイナミクスの現実的再現に不可欠である。
• 崩壊直前のコアの回転はせん断を増幅させ、磁場増幅を促進する。これにより、ゆっくり回転するコアでもMHDプロセスを通じてジェット形成に寄与できる可能性がある。
• 本研究は、中性子びょう駆動型からジェット駆動型爆発へのパラダイム転換を強化しており、中性子びょう加熱は双極的噴流のエネルギー源として支援的役割を果たすものである。