[論文レビュー] Velocity asymmetries in YSO jets: Intrinsic and extrinsic mechanisms

T. Matsakos, N. Vlahakis+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 12

ひとこと要約

本研究では、若齢星対象（YSO）ジェットにおけるドップラー速度非対称性の起源を、2つのメカニズム—原始星磁気圏とディスク間の内在的磁場のずれ、および非一様な周囲圧力による外的要因—をモデル化することで調査する。シミュレーションの結果、両メカニズムとも青シフトおよびレッドシフトの lobes 間に観測可能な速度差を生じさせることができ、外部圧力の変動はジェットのコリメーションおよび伝播速度を直接的に変化させる一方、磁場のずれは異なる加速度および密度構造を引き起こし非対称性を生じさせる。

ABSTRACT

It is a well established fact that some YSO jets (e.g. RW Aur) display different propagation speeds between their blue and red shifted parts, a feature possibly associated with the central engine or the environment in which the jet propagates. In order to understand the origin of asymmetric YSO jet velocities, we investigate the efficiency of two candidate mechanisms, one based on the intrinsic properties of the system and one based on the role of the external medium. In particular, a parallel or anti-parallel configuration between the protostellar magnetosphere and the disk magnetic field is considered and the resulting dynamics are examined both in an ideal and a resistive magneto-hydrodynamical (MHD) regime. Moreover, we explore the effects of a potential difference in the pressure of the environment, as a consequence of the non-uniform density distribution of molecular clouds. Ideal and resistive axisymmetric numerical simulations are carried out for a variety of models, all of which are based on a combination of two analytical solutions, a disk wind and a stellar outflow. We find that jet velocity asymmetries can indeed occur both when multipolar magnetic moments are present in the star-disk system as well as when non-uniform environments are considered. The latter case is an external mechanism that can easily explain the large time scale of the phenomenon, whereas the former one naturally relates it to the YSO intrinsic properties. [abridged]

研究の動機と目的

• YSOジェットの速度非対称性が中心系の内在的性質に起因するか、外部環境条件に起因するかを特定すること。
• 磁場のずれ（双極子および四極子成分）が非対称ジェット噴出をどのように生成するかを評価すること。
• 分子雲内の非一様な周囲圧力がジェットのコリメーションおよび伝播速度に与える影響を調査すること。
• 圧力で閉じ込められたジェットにおける静的ストランドの形成および安定性、およびその周囲圧力との関係を検討すること。
• 大規模MHDシミュレーションが、非対称な質量ローディングおよび加速効果を的確に捉える可能性を評価すること。

提案手法

• ディスク風および星風から成る2成分ジェットの、理想および抵抗性の軸対称磁気流体力学（MHD）シミュレーションを実施する。
• ディスクと原始星磁気圏の間で異なる磁場配置（平行および反平行）を適用し、内在的非対称性メカニズムをテストする。
• 2つのジェットlobesに異なる外部圧力を印けることで、非一様な環境条件を模擬し、コリメーションおよび速度に与える影響を評価する。
• 定常状態および時間変動型の噴出モデルを用い、降着および噴出の異なるレジーム下での力学的挙動を探索する。
• 速度プロファイルおよび密度構造の解析により、非対称性を定量化し、特に再コリメーションショックの形成を特定する。
• 観測的制約（RW Aurのような系の観測された速度差およびストランド間隔）と照合して結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ディスクと原始星磁気圏の間の内在的磁場のずれは、YSOジェットにおける観測可能な速度非対称性を生じさせ得るか？
• RQ2 周囲分子雲内の非一様な周囲圧力は、ジェットのコリメーションおよび伝播速度にどの程度影響を及ぼすか？
• RQ3 圧力で閉じ込められたジェットでは静的ストランドが形成されるか？また、その間隔は周囲圧力と相関するか？
• RQ4 抵抗性および理想MHDレジームは、速度非対称性の発展および安定性にどのように影響を及ぼすか？
• RQ5 大規模MHDシミュレーションは、YSOジェットにおける非対称な質量ローディングおよび加速効果を現実的に再現可能か？

主な発見

• ディスクと原始星磁気圏の間の磁場のずれは、非対称な速度および密度分布を引き起こし、ジェットlobes間の観測可能な速度差を生じさせる。
• 非一様な外部圧力は、2つのジェットlobesの不均一なコリメーションを引き起こし、それによって直接的に伝播速度が変化し、長時間スケールの非対称性を説明できる。
• 圧力で閉じ込められたシミュレーションでは静的ストランドが形成され、その間隔は周囲圧力の値と密接に相関していることが判明した。
• 再コリメーションショックの形成は摂動に対して強く頑健であり、静的ショックが観測されない場合でもジェット内に存在しうることを示唆している。
• 内在的非対称性は速度の半径依存性において顕著であるが、周囲の密度分布によって著しく変調されている。
• 大規模シミュレーションでは加速領域を完全に解像できないため、強い質量ローディング効果をモデル化する能力に制限があるが、初期速度が等しく、質量が変化するという標準的仮定下では顕著な非対称性は生じない。