[論文レビュー] Three Dimensional Simulations of the Core Helium Flash - with Rotation

John C. Lattanzio, David S. P. Dearborn+2 more|ArXiv.org|Dec 6, 2006

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、Djehutyコードを用いた3次元流体ダイナミクスシミュレーションを用い、低質量星におけるコアヘリウム閃光に及ぼす回転の影響を調査した。観測された白色矮星の回転周期（0.87〜4.8時間）に一致する回転周期を想定したが、構造的変化はほとんどなく、混合の増強も認められず、明るさの変化は1%未満にとどまり、回転が初期閃光段階においては最小限の影響を及ぼすことが示された。

ABSTRACT

We continue our study of the core helium flash using the three dimensional hydrodynamics code Djehuty. Continuing from earlier calculations, we now take relaxed 3D configurations and add various amounts of rotation. We find that rotation periods consistent with those observed in white dwarfs produce negligible changes in the structure and evolution of the core flash, at least for the very small timescales we have yet been able to investigate. There is no sign of any extra mixing due to the rotation. There is some inconclusive evidence for a slight change in the luminosity, at the 1% level.

研究の動機と目的

• 低質量星におけるコアヘリウム閃光の力学的・進化的挙動に回転がどのように影響するかを調査すること。
• 回転が閃光段階中に対流構造を変化させたり、混合を強化するかどうかを評価すること。
• 観測された白色矮星の回転周期が、閃光のエネルギー出力や対流領域の広がりに測定可能な変化をもたらすかどうかを特定すること。
• 非球対称な対流と急速なエネルギー放出の条件下で1次元モデルの妥当性を評価すること。
• コリオリ力が対流パルスのダイナミクスとエネルギー輸送効率にどのように寄与するかを探索すること。

提案手法

• 3次元ALE（任意ラグランジュ・オイラー）流体ダイナミクスコードDjehutyを用い、空間的および時間的精度を2次に保つ。
• 初期の3次元モデルは、同一の物理法則を用いた1次元モデルを緩和して得られ、コード移行に起因する初期一時的効果を最小限に抑える。
• 剛体回転を3つの周期（4.8、1.6、0.87時間）で設定し、観測された白色矮星の回転速度と整合させる。
• コードには自己重力（球対称）、詳細な状態方程式、導電的および放射的透過率、21種類の核反応ネットワークが含まれる。
• 対流は、事前に定義された領域ではなく、浮力駆動の流れによって開始され、人工的な対称性を避ける。
• 混合は、14Nへのα捕獲によって生成される18Oをトレーサーとして用い、初期の1次元モデルには存在しない。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された白色矮星の回転周期における回転が、コアヘリウム閃光の構造的または対流的広がりに顕著な変化をもたらすか？
• RQ2 閃光段階中に回転効果によって混合が強化される証拠があるか？
• RQ3 回転がコアヘリウム閃光中の明るさの時間的変化にどのように影響するか？
• RQ4 コリオリ力が対流パルスの軌道やエネルギー輸送効率をどの程度変化させるか？
• RQ5 回転効果が閃光ダイナミクスにおける球対称性の破れを引き起こすか？

主な発見

• 観測された白色矮星の回転周期（0.87〜4.8時間）に一致する回転周期では、2000秒にわたるシミュレーション期間中でも、コアヘリウム閃光における構造的変化はほとんど認められない。
• 混合の増強の証拠は認められず、対流領域の広がりや18Oトレーサーの分布は非回転ケースと同様のままである。
• 最も遅い回転周期（4.8時間）のケースでは明るさが最大0.50%増加したが、一般的な変動は0.36%であり、明確なトレンドは示さない。
• 18Oトレーサーは、対流パルスが約1分間で約3000 km上昇することを示し、回転の影響で若干ねじれは見られるが、顕著な破壊や拡散の増加は認められない。
• 回転ケース（Spin1）では2000秒間で対流が内側に458 kmまで拡大したが、非回転ケースでは451 kmであり、対流成長速度に顕著な差は認められない。
• 遠心力は極めて小さく（重力の1%未満）、コアの縁でも同様である。また、最大12 km/sの回転速度は、対流速度（約40 km/s）に比べてはるかに小さい。