[논문 리뷰] New insight on Young Stellar Objects accretion shocks -- a claim for NLTE opacities

L. de Sá, J.-P. Chièze외 4명|arXiv (Cornell University)|2019. 04. 19.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 79인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 청소년 별 물체(YSO)의 축적 충격 모델링에서 오랫동안 유지되어 온 두 가지 가정을 도전한다: 정적인 크로모스피어와 광학적으로 얇은 복사 전달. 복사-유체역학 결합과 국소 비균형 상태(NLTE) 이온화를 고려한 1차원 유체역학 시뮬레이션을 통해, 크로모스피어의 음향 가열과 복사 피드백이 충격 역학을 크게 변화시켜 열린 열역학적 상태와 증가한 X선 탈출을 유도함을 입증한다. X선 복사 효율은 모델 가정에 따라 입력 기계적 에너지의 30–94% 사이에서 변동한다.

ABSTRACT

Context. Accreted material onto CTTSs is expected to form a hot quasi-periodic plasma structure that radiates in X-rays. Simulations of this phenomenon only partly match with observations. They all rely on a static model for the chromosphere model and on the assumption that radiation and matter are decoupled. Aims. We explore the effects on the structure and on the dynamics of the accretion flow of both a shock-heated chromosphere and of the coupling between radiation and hydrodynamics. Methods. We simulate accretion columns falling onto a stellar chromosphere using the 1D ALE code AstroLabE. This code solves the hydrodynamics equations along with the two first momenta equations for radiation transfer, with the help of a dedicated opacity table for the coupling between matter and radiation. We derive the total electron and ions densities from collisional-radiative NLTE ionisation equilibrium. Results. The chromospheric acoustic heating has an impact on the duration of the cycle and on the structure of the heated slab. In addition, the coupling between radiation and hydrodynamics leads to a heating of the accretion flow and the chromosphere, inducing a possible unburial of the whole column. These two last conclusions are in agreement with the computed monochromatic intensity. Both effects (acoustic heating and radiation coupling) have an influence on the amplitude and temporal variations of the net X-ray luminosity, which varies between 30 and 94% of the incoming mechanical energy flux, depending on the model considered.

연구 동기 및 목표

• 축적 충격 모델에서 정적인 등온 크로모스피어를 가정하는 것이 타당한지 검증하기 위해.
• 복사-유체역학 결합이 충격 구조와 X선 복사에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 후방 충격 온도와 냉각 효율을 결정하는 데 있어 NLTE 이온화 평형의 역할을 평가하기 위해.
• 크로모스피어의 가열과 복사 피드백이 주기성 및 X선 변동성 탐지 가능성에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 두 순간 방법을 사용하여 유체역학과 복사 전달을 고려한 AstroLabE 코드를 사용해 1차원 축적 열린 열역학을 시뮬레이션함.
• 복사-유체역학에서 물질-복사 결합을 모델링하기 위해 전용 투과도 표를 통합함.
• 수소와 헬륨에 대한 충돌-복사 NLTE 이온화 평형을 사용해 전자 및 이온 밀도를 계산함.
• 세 가지 모델을 비교함: 기준 모델(LTE, 정적인 크로모스피어), 크로모스피어 음향 가열(Chr–Λ), 하이브리드 모델(복사 결합, NLTE).
• 각 모델의 탈출 단색 강도와 X선 복사 효율을 계산하여 관측적 특징을 평가함.
• LTE 및 NLTE 후처리를 사용해 스펙트럼 특징을 분석함. 특히 X선, 자외선, 가시광선 대역에서 중점적으로 고려함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 크로모스피어의 음향 가열은 축적 충격에서 주기성과 X선 변동성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 복사-유체역학 결합은 축적 열린 열역학의 구조와 X선 복사 효율을 어느 정도 변화시키는가?
• RQ3 NLTE 투과도와 이온화 평형은 후방 충격 냉각과 충격 역학에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 복사 피드백이 열역학적 가림을 해소하고 X선 탈출을 증가시켜 탐지 가능성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 복사 예열은 도착하는 축적 유량에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 크로모스피어의 음향 가열은 장기간의 고온 단계를 유도하는 혼란스러운 충격 주기로 이어져 X선 변동성의 진폭을 감소시키며, 탐지에 더 높은 광학 감도가 요구됨.
• 복사-유체역학 결합은 복사 피드백을 유도하여 크로모스피어를 가열하고 팽창시켜 열역학적 가림을 해소하고 횡방향 X선 탈출을 촉진함.
• NLTE 이온화의 포함은 후방 충격 냉각 효율을 크게 변화시켜 주기 길이와 충격 구조를 수정함.
• X선 복사 효율은 모델 가정에 따라 입력 기계적 에너지의 30%에서 94% 사이에서 변동하며, 복사 결합을 포함한 모델에서 높은 값 기록.
• 탈출 스펙트럼은 강한 X선 선 방출, 발산/흡수선이 있는 근사 흑체적 가시광선 스펙트럼, 반사 충격에서 강력한 극자외선 성분을 보이며, 외부 경계에서 흡수로 인해 감소함.
• 하이브리드 모델은 도착 유량을 사전에 예열하는 복사 전구를 드러내어 축적 열린 열역학에서 이전에 간과되었던 가열 메커니즘을 시사함.