[論文レビュー] Proper motions of radiative knots in simulations of stellar jets - An alternative to pulsating inflow conditions

F. Rubini, S. Lorusso+2 more|ArXiv.org|Jul 30, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 34被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、脈動する流入条件を仮定せず、星間ジェット内の放射的くぼみ（knot）および観測された固有運動が、ジェットとその時間変動するココーンの間の圧力勾配によって駆動される内部斜め衝撃波（IOS）によって自然に形成され得ることを提案する。シミュレーションでは、くぼみが下流に移動し、速度が増加し、明るさが減少する様子が観測されたヘルビッヒ＝ハロー天体の特徴とよく一致する。

ABSTRACT

Elongated jets from young stellar objects typically present a nodular structure, formed by a chain of bright knots of enhanced emission with individual proper motions. Though it is generally accepted that internal shocks play an important role in the formation and dynamics of such structures, their precise origin and the mechanisms behind the observed proper motions is still a matter of debate. Our goal is to study numerically the origin, dynamics, and emission properties of such knots. Axisymmetric simulations are performed with a shock-capturing code for gas dynamics, allowing for molecular, atomic, and ionized hydrogen in non-equilibrium concentrations subject to ionization/recombination processes. Radiative losses in SII lines are computed, and the resulting synthetic emission maps are compared with observations. We show that a pattern of regularly spaced internal oblique shocks, characterized by individual proper motions, is generated by the pressure gradient between the propagating jet and the time variable external cocoon. In the case of under-expanded, light jets the resulting emission knots are found to move downstream with the jet flow, with increasing velocity and decaying brightness toward the leading bow shock. This suggests that the basic properties of the knots observed in stellar jets can be reproduced even without invoking ad hoc pulsating conditions at the jet inlet, though an interplay between the two scenarios is certainly possible.

研究の動機と目的

• 脈動する流入条件を仮定しない星間ジェット内のくぼみ構造の起源を調査すること。
• 内部斜め衝撃波（IOS）が、ヘルビッヒ＝ハロー天体で観測された固有運動と放射パターンを自然に生成できるかどうかを特定すること。
• 時間依存的なジェット-ココーン相互作用が、くぼみの形態および運動に果たす役割を評価すること。
• 定常的流入条件が、現実的な運動学的特性を持つ進行する放射性発光くぼみを生成できるかどうかを評価すること。
• 軸対称モデルの潜在的な限界と、観測データと一致させるために3次元シミュレーションの必要性を探索すること。

提案手法

• 非平衡イオン化/再結合を考慮した、軽量で過膨張したジェットの軸対称的衝撃波捕捉流体力学的シミュレーションを実施。H、He、H2の反応を含む。
• 詳細な冷却関数を用いて[S II]線の放射冷却を組み込み、合成発光マップを計算。
• ノズルからの時間依存的流れとしてジェットをモデル化し、動的再収縮およびココーン形成を可能にする。
• ジェットと外部ココーンの間の圧力勾配から生じる内部斜め衝撃波（IOS）の進化を追跡。
• ハッブル宇宙望遠鏡によるHH天体の観測と、合成発光マップおよび運動学を比較。
• 源からの距離関数としてのくぼみの固有運動、明るさプロファイル、およびくぼみ内距離を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 脈動を伴わない定常的流入条件下でも、観測された固有運動を持つ放射的くぼみがジェット内で形成可能か？
• RQ2 星間ジェット内のくぼみの下流加速および明るさの減少を引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ3 内部斜め衝撃波（IOS）は、軸対称ジェットシミュレーションにおいて、どのようにくぼみ形成および運動学に寄与するか？
• RQ4 シミュレートされたくぼみの形態および運動学は、ヘルビッヒ＝ハロー天体の観測とどの程度一致するか？
• RQ5 時間変動する外部ココーンは、くぼみの運動および発光特性にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 圧力勾配によって駆動される、規則的な間隔の内部斜め衝撃波（IOS）のパターンが、脈動する流入を仮定せずとも自然に形成される。
• シミュレートされたジェット内のくぼみは、ジェット軸に沿って下流に移動し、速度が増加し、再起動ジェット状況では最大で局所的流れ速度の40％に達する。
• 合成発光マップは、源からの距離とともに明るさが減少する観測された傾向を再現し、HH天体で観測された減衰と一致する。
• くぼみ内距離は主に圧力比（Π）とノズル半径（r_jet）によって制御され、現実的な値では観測と一致するスケールが得られる。
• 前方衝撃波はジェット注入速度のおよそ半分（200 km s⁻¹）で進行し、HH 46/47および類似天体の観測値と一致する。
• 結果から、IOSは観測されたくぼみの主要な特徴を説明できる可能性があるが、放射率プロファイルおよび再収縮効果の不一致を解消するには3次元シミュレーションが必要であると示唆される。