[논문 리뷰] Velocity asymmetries in YSO jets: Intrinsic and extrinsic mechanisms

T. Matsakos, N. Vlahakis외 8명|arXiv (Cornell University)|2012. 08. 04.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 젊은 항성 물체(YSO) 제트의 속도 비대칭성의 기원을 분석하기 위해 두 가지 메커니즘을 모델링한다: 원반과 원형성 자기장의 내재된 불일치, 그리고 비균일한 주변 압력에 기인한 외재적 영향. 시뮬레이션 결과, 두 메커니즘이 모두 청색 이심과 빨간색 이심의 빛의 속도 차이를 유발할 수 있으며, 외부 압력 변화는 제트의 빛의 뭉치움과 추진 속도를 직접적으로 변화시키고, 자기장 불일치는 차별적 가속도와 밀도 구조를 통해 비대칭성을 유도한다.

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]

연구 동기 및 목표

• YSO 제트의 속도 비대칭성이 중심 시스템의 내재적 성질에서 기인하는지, 또는 외부 환경 조건에서 기인하는지 규명하는 것.
• 비일치된 자기장(이중극자 및 4중극자 성분)이 비대칭 제트 분출을 생성하는 데 미치는 역할을 평가하는 것.
• 분자의 구름 내 비균일한 주변 압력이 제트의 뭉치움과 추진 속도에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 압력에 의해 봉인된 제트에서 정적 결절의 형성과 안정성과 그 주변 압력과의 관계를 검토하는 것.
• 대규모 MHD 시뮬레이션의 비대칭 질량 적재 및 가속 효과를 캡처하는 데의 실현 가능성 평가

제안 방법

• 이중 성분 제트(원반 풍과 항성 분출로 구성)에 대한 이상적이고 저항성 있는 축대칭 자기유체역학(MHD) 시뮬레이션 수행.
• 원반과 원형성 자기장 사이에 병렬 및 반병렬의 서로 다른 자기장 구성 적용하여 내재된 비대칭성 메커니즘 테스트.
• 두 제트 빔에 다른 외부 압력을 적용하여 비균일한 환경 조건을 시뮬레이션하고, 뭉치움과 속도에 미치는 영향 평가.
• 정적인 상태와 시간에 따라 변화하는 분출 모델을 사용하여, 다양한 질량 축적 및 분출 제어 조건 하에서의 역학 탐색.
• 속도 프로파일과 밀도 구조 분석을 통해 비대칭성 정량화 및 충격 형성(특히 재융합 충격) 식별.
• RW Aur와 같은 관측 시스템의 관측 제약 조건에 기반해 결과 검증하며, 관측된 속도 차이와 결절 간격에 초점

실험 결과

연구 질문

• RQ1 원반과 원형성 자기장 사이의 내재된 자기장 불일치가 YSO 제트에서 관측 가능한 속도 비대칭성을 유도할 수 있는가?
• RQ2 주변 분자의 구름 내 비균일한 주변 압력이 제트의 뭉치움과 추진 속도에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 압력에 의해 봉인된 제트에서 정적 결절이 형성되는가? 그리고 그 간격은 주변 압력과 관련이 있는가?
• RQ4 저항성과 이상적 MHD 제도가 비대칭성의 발달과 안정성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 대규모 MHD 시뮬레이션은 YSO 제트에서 비대칭 질량 적재 및 가속 효과를 현실적으로 캡처할 수 있는가?

주요 결과

• 원반과 원형성 자기장 사이의 자기장 불일치는 비대칭적인 속도 및 밀도 분포를 유도하여 제트 빔 간의 관측 가능한 속도 차이를 만들어낸다.
• 비균일한 외부 압력은 두 제트 빔의 뭉치움을 비균형적으로 만들며, 이는 직접적으로 추진 속도에 영향을 미치고 장기적인 비대칭성을 설명한다.
• 압력에 의해 봉인된 시뮬레이션에서 정적 결절이 형성되며, 그 간격은 주변 압력 값과 밀접하게 상관관계가 있음이 발견됨.
• 재융합 충격의 형성은 외부 자극에 대해 강건하게 유지되어, 정적 충격이 관측되지 않더라도 제트 내에 존재할 수 있음을 시사한다.
• 내재된 비대칭성은 속도의 반경 방향 의존성에서 가장 두드러지지만, 주변 밀도 분포에 의해 크게 조절됨.
• 대규모 시뮬레이션은 가속 영역을 완전히 해상도하지 못해 강한 질량 적재 효과를 모델링하는 데 제한이 있지만, 동일한 초기 속도를 가정하고 질량을 변화시킬 경우 심각한 비대칭성이 발생하지 않음.