[논문 리뷰] Jittering-jets explosion triggered by the standing accretion shock instability

Oded Papish, Avishai Gilkis외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 02.

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics참고 문헌 9인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 핵붕괴 초신성에서 정지한 응집성 충격파 불안정성(SASI)이 응집 물질에 충분한 임의의 운동량을 생성하여 조준-자이트 임펄스 폭발 메커니즘을 구동할 수 있다고 제안한다. SASI는 응집 에너지의 10%를 초과하는 운동 에너지를 지닌 횡방향 운동을 만들어내어 약 ~5°의 개구각을 가진 일시적인 극축 원추형 영역을 형성함으로써 제트 유사 유동을 가능하게 하여 폭발을 이끈다.

ABSTRACT

We show that the standing accretion shock instability (SASI) that has been used to ease the shock revival in core collapse supernovae (CCSNe) neutrino-driven explosion models, might play a much more decisive role in supplying the stochastic angular momentum required to trigger an explosion with jittering jets. We find that if the kinetic energy associated with the transverse (non radial) motion of the SASI is larger than about ten percent of the energy associated with the energy of the accreted gas, then the stochastic angular momentum can reach about five percent of the Keplerian specific angular momentum around the newly born neutron star. Such an accretion flow leaves an open conical region along the poles with an average opening angle of about 5 degrees. The outflow from the open polar regions powers an explosion according to the jittering-jets model.

연구 동기 및 목표

• 핵붕괴 초신성에서 정지한 응집성 충격파 불안정성(SASI)이 조준-자이트 임펄스 폭발 메커니즘에 필요한 임의의 운동량을 공급할 수 있는지 조사하기.
• SASI에 의해 구동되는 응집 유동에서 횡방향 운동이 제트가 발사될 수 있는 개방된 극축 영역을 형성할 수 있는지 확인하기.
• 응집 유동에서의 극축 피하기 원뿔의 특정 운동량과 그로 인한 개구각을 정량화하기.
• 사전 붕괴 난류가 유일한 원인인 것과는 달리, SASI에 의해 구동될 경우 조준-자이트 모델이 얼마나 실현 가능한지 평가하기.

제안 방법

• Fernández(2010)의 SASI 나선 모드 해를 사용하여 응집 물질의 시간 평균 특정 운동량을 계산하였다.
• 원형 응집 조건을 적용하여 응집이 멈추는 극축 개구각 θₐ의 한계를 계산하였다.
• 공식 θₐ ≈ √(j / j_K)를 사용하여 개구각을 계산하였다. 여기서 j는 특정 운동량이고 j_K는 케플러 값이다.
• 자유 낙하 시간 상수 ~3.1 ms인 Fernández(2010)의 네 개의 SASI 모델 데이터를 디지타이징하여 운동량과 개구각의 시간에 따른 변동성을 분석하였다.
• 응집 벨트에서 자기장 증폭 가능성을 평가하여 제트 발사 효율을 더욱 향상시킬 수 있는지 분석하였다.
• 이러한 결과가 약 1 foe 폭발 에너지를 달성하는 데 있어 조준-자이트 모델에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 정지한 응집성 충격파 불안정성(SASI)이 조준-자이트 폭발 메커니즘에 필요한 충분한 임의의 운동량을 생성할 수 있는가?
• RQ2 횡방향 운동 에너지가 응집 에너지의 10%를 초과할 경우 극축 피하기 원뿔의 개구각은 얼마인가?
• RQ3 SASI에 의해 구동되는 유동에서 응집된 물질의 시간 평균 특정 운동량은 케플러 값과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 SASI에 의해 유도되는 운동량 변동이 제트 형성의 간헐성과 충격파 복귀에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 응집 벨트에서의 자기장 증폭이 SASI에 의해 구동되는 유동의 제트 발사 잠재력을 더욱 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 횡방향 운동 에너지가 응집 에너지의 10%를 초과할 경우, 신규로 형성된 중성자성에서 응집 물질의 특정 운동량은 약 5% 수준의 케플러 값에 도달한다.
• 이 운동량은 약 5도의 평균 개구각을 가지며 응집이 억제되는 일시적인 극축 원추형 영역을 형성한다.
• 개구각은 시간에 따라 변동하며, Fernández(2010)가 연구한 네 개의 SASI 모델에서 여러 시간 간격 동안 θₐ ≈ 10°가 관측되었다.
• SASI 나선 모드의 횡방향 운동은 조준-자이트 모델에서 제트 형성의 시작에 필요한 충분한 임의의 운동량을 공급할 수 있다.
• 응집 벨트에서의 자기장 증폭은 개구각을 더욱 넓히고 제트 에너지 출력을 향상시킬 수 있다.
• 이러한 결과들은 SASI가 조준-자이트 메커니즘의 핵심 구동력이 될 수 있으며, 약 1 foe 에너지의 폭발을 가능하게 할 수 있음을 시사한다.