[论文解读] Deceleration of SS433 radio jets

A. A. Panferov|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本文提出，SS 433的射电喷流在进动周期的前五分之一内，由于周围介质的冲压压力而发生非耗散性减速，从而解释了观测到的偏离弹道运动学的行为。该模型能够拟合射电喷流的形态、亮度分布以及与标准运动学相比10%的偏移，通过表明忽略减速会导致距离高估，从而解决了长期存在的距离分歧问题（4.8 kpc 与 5.5 kpc）。

ABSTRACT

The mildly relativistic jets of SS\,433 are believed to inflate the surrounding supernova remnant W\,50 depositing in its expansion possibly more than 99% of their kinetic energy (\cite[1998]{Dub98}). Where and how this transformation of energy is curried out, it is not yet known. What can we learn from it that the jets decelerate and the deceleration is non-dissipative, i.e. radiatively dark. In this paper we unclose the observed deviations of the precessing radio jets of SS\,433, within a few arcseconds from a jets source, from the ballistic track, described by the kinematic model, as a signature of the deceleration which, on other hand, issues from the jets colliding with ambient medium. For that we model kinematics of these colliding jets. The ram pressure on the jets is estimated from the observed profile of brightness of synchrotron radiation along the radio jets. We have found that to fit observed locus the radio jets should be decelerated and twisted, additionally to the precession twist, mostly within the first one-fifth of precession period, and further they extend imitating ballistic jets. The fitted physical parameters of the jet model turned out to be physically reliable and characteristic for SS\,433 jets that unlikely to be occasional. This model explains naturally, and meets approval by a) the observed shock-pressed morphology of the radio jets and their brightness, b) the observed $\sim 10%$ deflections from the standard kinematic model --- just a magnitude of the jet speed decrement in the model, c) regularly observed for the radio jets the precession phase deviation from the standard kinematic model prediction, d) dichotomy of distance to the object, 4.8\,kpc vs. 5.5\,kpc, determined on the basis of the radio jets kinematics on scales of a sub-arcsecond and several arcseconds.

研究动机与目标

• 解决SS 433中内喷流的运动学距离估计值4.8 kpc与外喷流的5.5 kpc之间的差异。
• 解释射电喷流与标准弹道运动学模型相比观测到的10%偏差，该偏差无法用标准模型解释。
• 模拟由于周围介质冲压压力引起的弱相对论喷流的非耗散性减速。
• 证明喷流的观测形态和亮度分布与包含减速和扭转的动态模型一致。
• 表明喷流在减速后表现出弹道行为，从而解释为何在忽略减速时，外喷流似乎与弹道运动学一致。

提出的方法

• 在周围介质冲压压力作用下，对进动喷流的运动学进行建模，利用同步辐射的观测亮度分布来估算压力。
• 引入一个随时间变化的减速剖面，其峰值出现在射电明亮区，并在进动周期的五分之一之后减弱。
• 利用喷流的冲压压力推导减速率，假设质量流率恒定而喷流速度变化。
• 将模型拟合到观测到的喷流位置和亮度，表明减速自然地解释了与弹道轨迹相比10%的偏移。
• 通过证明所得喷流参数（速度、质量通量、温度）在物理上合理且与观测一致，验证模型。
• 使用不变加速度参数（公式8）检验在不同假设下推导出的物理参数的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何SS 433的射电喷流与标准弹道运动学模型预测值相比最大偏移达10%？
• RQ2 SS 433的运动学距离估计值（4.8 kpc 与 5.5 kpc）之间的观测分歧由何原因造成？
• RQ3 如何将喷流的非耗散性减速与高动能光度和低辐射输出相协调？
• RQ4 什么物理机制解释了在0.05–0.1角秒处的射电明亮区以及约1.5角秒处的再加热区？
• RQ5 为何喷流在大尺度上看似弹道行为，尽管在小半径处发生了显著减速？

主要发现

• 喷流在进动周期的前五分之一内发生非耗散性减速，速度降低约7.5%，解释了与弹道轨迹相比观测到的10%偏移。
• 该模型通过表明假设速度恒定会导致距离高估，从而解决了距离分歧问题：5.5 kpc（弹道拟合）与4.8 kpc（动力学拟合）之差。
• 射电明亮区对应最大减速和动能耗散，此时喷流压力和云层温度上升至约1.4×10⁵ K。
• 喷流动能损失速率为~1.5×10³⁸ erg/s，其中超过99%的能量以非辐射方式转化为对W50超新星遗迹的机械功。
• 该模型预测在飞行约215天时温度上升至~3×10⁷ K，此时填充因子f→1，表明团块喷流模型在此处失效。
• 推导出的物理参数（质量流率、速度、温度、压力）在观测和理论上均一致，除观测约束外无自由参数。