[论文解读] New insight on Young Stellar Objects accretion shocks -- a claim for NLTE opacities

L. de Sá, J.-P. Chièze+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用 1

一句话总结

本研究挑战了年轻恒星物体吸积激波建模中两个长期存在的假设：静态色球层和光学薄辐射传热。通过采用辐射流体耦合与非局部热动平衡（NLTE）电离的1D流体动力学模拟，研究证明色球层声波加热与辐射反馈显著改变了激波特性和，导致柱密度暴露（column unburial）并增强了X射线逃逸。X射线光度效率在输入机械能的30%至94%之间变化，具体取决于模型假设。

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.

研究动机与目标

• 检验在吸积激波模型中假设色球层静态、等温的合理性。
• 研究辐射-流体动力学耦合对激波特性和X射线辐射的影响。
• 评估非局部热动平衡（NLTE）电离平衡在决定激波后温度与冷却效率中的作用。
• 评估色球层加热与辐射反馈对X射线变异性周期性与可探测性的影响。

提出的方法

• 使用AstroLabE代码模拟1D吸积柱，结合流体动力学与通过两矩方法实现的辐射传热。
• 引入专用消光系数表以模拟辐射-流体动力学中的物质-辐射耦合。
• 利用碰撞-辐射NLTE电离平衡计算电子与离子密度，针对氢和氦。
• 比较三种模型：参考模型（LTE，静态色球层）、色球层声波加热模型（Chr–Λ）与混合模型（辐射耦合，NLTE）。
• 为每种模型计算出射单色辐射强度与X射线光度，以评估观测特征。
• 采用LTE与NLTE后处理分析光谱特征，特别关注X射线、紫外与可见光波段。

实验结果

研究问题

• RQ1 色球层声波加热如何影响吸积激波的周期与X射线变异性？
• RQ2 辐射-流体动力学耦合在多大程度上改变了吸积柱的结构与X射线光度？
• RQ3 NLTE消光系数与电离平衡如何影响激波后冷却与激波特性的变化？
• RQ4 辐射反馈是否可导致柱密度暴露并增强X射线逃逸，从而提高可探测性？
• RQ5 辐射预热对入流吸积流有何影响？

主要发现

• 色球层声波加热导致激波循环变得混沌，热相持续时间延长，降低了X射线变异性幅度，从而需要更高的测光灵敏度才能探测。
• 辐射-流体动力学耦合引发辐射反馈，使色球层加热并膨胀，导致柱密度暴露，促进X射线横向逃逸。
• 引入NLTE电离显著改变了激波后冷却效率，从而改变了循环周期与激波特性的结构。
• X射线光度效率在30%至94%之间变化，具体取决于模型假设，包含辐射耦合的模型中效率更高。
• 出射光谱显示强烈的X射线线发射，可见光波段呈近黑体谱并伴有发射/吸收线，以及在反向激波处存在强烈的EUV成分，该成分在外边界因吸收而减弱。
• 混合模型揭示了辐射前导波，可预热入流，表明在吸积柱中存在此前被忽视的加热机制。