[論文レビュー] Magnetohydrodynamic winds and jets from accretion disks

H. C. Spruit|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 1996

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、降着円盤から発生する磁気流体力学的（MHD）な風とジェットをレビューし、磁場駆動の加速、コリメーション、安定性に注目している。磁場の応力が円盤表面で風を発生させ、コリメーションする理論的枠組みを提示しており、磁場がエネルギー輸送および磁場タワー効果によるジェットのコリメーションに果たす役割に関する主要な結果が得られている。

ABSTRACT

The theory of magnetically accelerated outflows and jets from accretion disks is reviewed at an introductory level, with special attention to problem areas like the launching conditions of the flow at the disk surface, stability of the magnetic field, and collimation mechanisms. This text will appear in R.A.M.J. Wijers, M.B. Davies and C.A. Tout, eds., Physical processes in Binary Stars, Kluwer Dordrecht, 1996 (NATO ASI series).

研究の動機と目的

• 降着円盤からの磁場駆動噴出物の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• 特に磁場の幾何学的配置と応力の役割に注目して、円盤表面でのMHD風の発生条件を分析すること。
• 噴出物内の磁場の安定性とそのジェットのコリメーションへの影響を調査すること。
• 磁場タワー機構によるエネルギー輸送およびコリメーションの効率を検討すること。
• 若木星天体（YSO）および活発銀河核（AGN）におけるジェット観測を解釈するための理論的基盤を提供すること。

提案手法

• 円盤からの軸対称的かつ定常的な噴出物をモデル化するために、理想MHDを用いる。
• 磁場圧力がプラズマ圧力よりも支配的であると仮定し、磁場構造を力自由近似で記述する。
• 磁場応力と勾配の存在下での運動量方程式を用いて、ジェットの加速プロファイルを導出する。
• 力自由で軸対称的な平衡状態を記述するため、Grad–Shafranov方程式を用いて磁場配置を分析する。
• トロイダル磁場フラックスが圧力を生成するための閉じ込め効果を評価し、ジェットのコリメーションを検討する。
• アルヴェーン面の役割と、円盤的挙動からジェット的挙動への遷移を検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MHD風はどのように降着円盤の表面から発生し、初期加速を決定づける要因は何か？
• RQ2 磁場のトポロジーは、天体的ジェットのコリメーションと安定性にどのように寄与するか？
• RQ3 強いトロイダル磁場が存在する条件下で、磁場タワー機構はどのように噴出物のコリメーションに寄与するか？
• RQ4 ジェット内で磁場エネルギーが力学的エネルギーを上回る条件は何か？
• RQ5 円盤および磁場の性質は、角運動量およびエネルギー輸送の効率にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 円盤表面における磁場応力が、MHD風の発生と加速の主なメカニズムを占め、ジェット内ではポインティング・フラックスがエネルギー輸送を支配する。
• 強いトロイダル磁場に起因する磁場タワー効果により、噴出物が効果的にコリメーションされ、狭い円錐状に閉じ込められる。
• ジェットは磁場の圧力によってコリメーションされ、コリメーションの程度はトロイダル磁束とポリュードラル磁束の比によって決まる。
• アルヴェーン面は、亜音速から超音速への流れの遷移を示し、磁場力が慣性を上回る境界を示す。
• モデルは、YSOやAGNにおける高効率ジェットと整合するように、磁場を介した効率的なエネルギーおよび角運動量輸送が可能であると予測する。
• 安定性解析により、典型的な円盤条件下では磁場が十分に整列している限り、キーンクおよびインターチェンジ不安定性に対してジェットは安定であることが示された。