[논문 리뷰] Deceleration of SS433 radio jets

A. A. Panferov|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 15.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 1인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 SS 433의 전파 제트가 예열 주기의 첫 1/5 동안 기준 대기 매질의 램 압력으로 인해 비소산적으로 둔화됨을 제안하며, 이는 궤도 운동역학에서 관측된 이격을 설명한다. 모델은 전파 제트의 형상, 빛기인도 및 표준 운동역학에서 10%의 이격을 잘 맞추며, 비소산적 둔화를 忽시할 경우 거리가 과대평가됨을 보여줌으로써 오랫동안 지속된 거리 이분화 문제(4.8 kpc 대비 5.5 kpc)를 해결한다.

ABSTRACT

The mildly relativistic jets of SS\,433 are believed to inflate the surrounding supernova remnant W\,50 depositing in its expansion possibly more than 99% of their kinetic energy (\cite[1998]{Dub98}). Where and how this transformation of energy is curried out, it is not yet known. What can we learn from it that the jets decelerate and the deceleration is non-dissipative, i.e. radiatively dark. In this paper we unclose the observed deviations of the precessing radio jets of SS\,433, within a few arcseconds from a jets source, from the ballistic track, described by the kinematic model, as a signature of the deceleration which, on other hand, issues from the jets colliding with ambient medium. For that we model kinematics of these colliding jets. The ram pressure on the jets is estimated from the observed profile of brightness of synchrotron radiation along the radio jets. We have found that to fit observed locus the radio jets should be decelerated and twisted, additionally to the precession twist, mostly within the first one-fifth of precession period, and further they extend imitating ballistic jets. The fitted physical parameters of the jet model turned out to be physically reliable and characteristic for SS\,433 jets that unlikely to be occasional. This model explains naturally, and meets approval by a) the observed shock-pressed morphology of the radio jets and their brightness, b) the observed $\sim 10%$ deflections from the standard kinematic model --- just a magnitude of the jet speed decrement in the model, c) regularly observed for the radio jets the precession phase deviation from the standard kinematic model prediction, d) dichotomy of distance to the object, 4.8\,kpc vs. 5.5\,kpc, determined on the basis of the radio jets kinematics on scales of a sub-arcsecond and several arcseconds.

연구 동기 및 목표

• SS 433에서 내부 제트의 운동역학적 거리 추정치 4.8 kpc와 확장된 제트의 5.5 kpc 사이의 견해 차이를 해결하기 위해.
• 표준 모델로 설명할 수 없는 전파 제트가 궤도 운동역학에서 관측된 10%의 이격을 설명하기 위해.
• 기준 대기 매질의 램 압력으로 인한 약간 상대적인 속도를 갖는 제트의 비소산적 둔화를 모델링하기 위해.
• 관측된 제트 형상과 빛기인도가 둔화와 비틀림을 포함한 천체역학 모델과 일치함을 보여주기 위해.
• 둔화 이후 제트가 궤도 운동역학적으로 행동함을 보여주어, 둔화를 忽시할 경우 확장된 제트가 궤도 운동역학과 일치하는 것처럼 보이는 이유를 설명하기 위해.

제안 방법

• 관측된 동기복사 복사 밀도 프로파일을 이용해 기준 대기 매질의 압력을 추정하면서, 기준 대기 매질의 램 압력에 따라 예열하는 제트의 운동역학을 모델링한다.
• 전파 밝아짐 영역에서 최고에 도달하고 예열 주기의 1/5를 초과해 감소하는 시간에 따라 변하는 둔화 프로파일을 통합한다.
• 일정한 질량 유량을 가정하고 제트 속도가 변하는 조건에서 제트의 램 압력을 이용해 둔화율을 유도한다.
• 관측된 제트 위치와 밝기와의 일치를 통해 둔화가 궤도 운동역학에서 10%의 이격을 자연스럽게 설명함을 보여준다.
• 유도된 물리적 매개변수(속도, 질량 유량, 온도)가 관측 결과와 물리적으로 타당하며 일관됨을 보여주어 모델을 검증한다.
• 유도된 물리적 매개변수의 일관성을 시험하기 위해 등가 가속도 매개변수(식 8)를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SS 433의 전파 제트가 표준 궤도 운동역학 모델 예측에서 최대 10% 이격되는 이유는 무엇인가요?
• RQ2 SS 433의 운동역학적 거리 추정치(4.8 kpc 대비 5.5 kpc)에서 관측된 이분화의 원인은 무엇인가요?
• RQ3 높은 운동 에너지 밝기와 낮은 복사 출력을 보이는 제트의 비소산적 둔화는 어떻게 설명할 수 있나요?
• RQ4 0.05–0.1 초초에서 관측된 전파 밝아짐 영역과 약 1.5 초초에서의 재가열 영역을 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가요?
• RQ5 작은 반경에서 상당한 둔화가 발생했음에도 불구하고 제트가 확장된 척도에서 궤도 운동역학적으로 보이는 이유는 무엇인가요?

주요 결과

• 제트는 예열 주기의 첫 1/5 동안 비소산적으로 둔화되며, 약 7.5%의 속도 감소를 보이며, 이는 관측된 궤도 운동역학에서 10%의 이격을 설명한다.
• 모델은 둔화를 忽시할 경우 거리가 과대평가됨을 보여줌으로써 거리 이분화 문제를 해결한다: 궤도 적합 시 5.5 kpc, 천체역학적 적합 시 4.8 kpc.
• 전파 밝아짐 영역는 최대 둔화와 운동 에너지 소산이 일어나는 영역이며, 제트 압력과 클라우드 온도가 약 1.4×10⁵ K로 상승한다.
• 제트의 운동 에너지 손실률은 약 1.5×10³⁸ erg/s이며, 99% 이상의 에너지가 복사 없이 기계적 일로 W50 초신성 잔해에 전달된다.
• 모델은 약 215일 비행 후 온도가 약 3×10⁷ K로 상승함을 예측하며, 이는 충진율 f→1이 되어 응집된 제트 모델의 붕괴를 나타낸다.
• 유도된 물리적 매개변수(질량 유량, 속도, 온도, 압력)는 관측 결과와 이론적으로 일관되며, 관측 제약 조건 외의 자유 매개변수가 없음.