[論文レビュー] Shock-cloud interaction in the Vela SNR II. Hydrodynamic model

M. Miceli, F. Reale+2 more|ArXiv.org|Aug 2, 2006

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 29被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、Vela SNR の FilD 点火域における衝撃波-雲衝突の流体力学的モデルを提示する。XMM-Newton EPIC-MOS データを用いてX線および可視光の放射を再現する。モデルは、600万Kの衝撃波が30倍密度の楕円体形状の雲に衝突する状況で、観測されたX線スペクトルおよび形態を再現する。冷却成分は透過した衝撃波由来、加熱成分は熱拡散によって引き起こされる蒸発由来であり、可視光放射は熱不安定性に起因する。

ABSTRACT

In the framework of the study of the X-ray and optical emission in supernova remnants we focus on an isolated X-ray knot in the northern rim of the Vela SNR (Vela FilD), whose X-ray emission has been studied and discussed in Paper I. We aim at understanding the physical origin of the X-ray and optical emission in FilD, at understanding the role of the different physical processes at work, and at obtaining a key for the interpretation of future X-ray observations of SNRs. To this end we have pursued an accurate ``forward'' modeling of the interaction of the Vela SNR shock with an ISM cloud. We perform hydrodynamic simulations and we directly compare the observables synthesized from the simulations with the data. We explore four different model setups, choosing the values of the physical parameters on the basis of our preliminary analysis of the X-ray data. We synthesize X-ray emission maps and spectra filtered through the XMM-Newton EPIC-MOS instrumental response. The impact of a shock front at 6 million Kelvin on an elliptical cloud 30 times denser than the ambient medium describes well the shock-cloud interaction processes in the Vela FilD region in terms of spectral properties and morphology of the X-ray and optical emission. The bulk of the X-ray emission in the FilD knot originates in the cloud material heated by the transmitted shock front, but significant X-ray emission is also associated to the cloud material, which evaporates, as an effect of thermal conduction, in the intercloud medium. The physical origin of the FilD optical emission is associated to thermal instabilities. In the FilD knot the X-ray emission associated to the reflected shock front is negligible.

研究の動機と目的

• 論文Iで観測された2温度のX線プラズマ成分の物理的起源を解明するため、前向きモデリング手法を用いてVela SNR FilD 点火域のX線および可視光放射を解釈すること。
• 論文Iで観測された2温度のX線プラズマ成分の物理的起源を特定すること。
• 熱拡散、放射冷却、透過および反射衝撃波が放射形態に与える影響を評価すること。
• 中年期SNRの将来のX線観測を解釈するための定量的フレームワークを提供すること。
• FilDにおける可視光線状構造の異常な向きを、標準的な衝撃加熱モデルでは説明できないが、これに合致する説明を与えること。

提案手法

• 熱拡散および放射冷却を組み込んだ、孤立したISM雲に衝撃波が衝突する2次元流体力学的シミュレーションを実施する。
• スピッツァーの熱拡散係数を用い、乱流磁場の影響により効率が低下すると仮定し、概ね ~κ_spi/5 として近似する。
• XMM-Newton EPIC-MOSの機器応答関数を用いて、X線放射マップおよびスペクトルを合成する。
• 論文Iで得られたXMM-Newton EPIC MOSのカウントレート画像およびスペクトルと、直接的にシミュレートされた観測量を比較する。
• 雲の形状、密度対比、衝撃波温度などのモデルパラメータを4つの設定で変化させ、観測と一致させる。
• 実データに適用されたのと同一のスペクトルおよび形態解析をシミュレートデータに対しても適用し、一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FilD 点火域で観測された2温度のX線プラズマ成分を生じる物理的過程は何か？
• RQ2 雲の形態（球形対比して楕円体形状）が、透過衝撃波と反射衝撃波のX線放射への寄与に与える影響は何か？
• RQ3 熱拡散が雲の加熱および蒸発に果たす役割は何か？ また、X線スペクトルに与える影響は？
• RQ4 なぜFilDにおける可視光線状構造は異常に向きをとっているのか？ これは熱不安定性によって説明可能か？
• RQ5 1つの流体力学的モデルが、FilDのX線形態およびスペクトル的性質を同時に再現可能か？

主な発見

• 衝撃波速度と一致する主軸を持つ、周囲媒体よりも30倍密度の高い楕円体形状の雲が、観測されたX線形態およびスペクトル的性質を最もよく再現する。
• 冷却成分（約1×10⁶ K）は、透過衝撃波によって加熱された雲物質由来である。
• 加熱成分（約3×10⁶ K）は、高温の間隙媒体と冷却雲との間の熱拡散によって引き起こされ、蒸発が進行し、広がったハローを形成する。
• 反射衝撃波は、特に楕円体形状の雲配置において、FilD領域のX線放射にほとんど寄与しない。
• FilDにおける可視光線状構造は、衝撃加熱ではなく、相互作用によって引き起こされる熱不安定性の結果として自然に説明できる。
• モデルは、乱流磁場が熱拡散の効率を低下させるが、より高い衝撃波温度や低い密度対比によってこれを補償できることを示しており、モデルの頑健性を支持する。