[论文解读] Photo-evaporation of clumps in Planetary Nebulae

Garrelt Mellema, A. C. Raga+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 3被引用 7

一句话总结

本文提出了一种行星状星云中致密团块光致蒸发的解析与数值结合模型，表明电离驱动冲击波穿过团块，随后由喷气推进效应引发的加速过程可解释高速低电离态结（FLIERs）的动力学特征。该模型成功再现了FLIERs的关键观测特征，包括其速度分布和辐射特性。

ABSTRACT

We study the evolution of dense neutral clumps located in the outer parts of planetary nebulae. These clumps will be photo-ionized by the ionizing radiation from the central star and change their structure in the process. The main effect of the ionization process is the setting up of a photo-evaporation flow and a shock running through the clump. Once this shock has moved through the entire clump it starts to accelerate because of the `rocket effect'. This continues until the entire clump has been photo-ionized. We present an analytic model for the shock and accelerating phases and also the results of numerical simulations which include detailed microphysics. We find a good match between the analytic description and the numerical results and use the numerical results to produce some of the clump's observational characteristics at different phases of its evolution. We compare the results with the properties of the fast moving low ionization knots (ansae or FLIERs) seen in a number of planetary nebulae. We find that the models match many of the kinematic and emission properties of FLIERs.

研究动机与目标

• 理解中心恒星电离辐射作用下，行星状星云中致密中性团块的动力学演化过程。
• 模拟光致蒸发过程，包括冲击波传播及随后由喷气推进效应引起的加速。
• 重现行星状星云中观测到的高速低电离态结（FLIERs）的观测特征。
• 将解析预测与包含微观物理过程的详细数值模拟进行比较。
• 将理论模型与行星状星云中FLIERs的观测动力学与辐射特性相联系。

提出的方法

• 为团块光致蒸发过程中的冲击波传播与加速阶段开发解析模型。
• 执行包含电离、加热与流体动力学等详细微观物理过程的数值模拟。
• 采用时间依赖的流体动力学方法，追踪团块在电离辐射作用下的演化过程。
• 应用喷气推进效应机制，模拟冲击波过后电离物质的加速过程。
• 将解析解与数值结果进行比较，以验证模型。
• 利用模拟输出预测不同演化阶段的可观测特征，如谱线轮廓与辐射强度。

实验结果

研究问题

• RQ1 中心恒星的电离辐射如何在行星状星云的致密团块中驱动冲击波的形成与传播？
• RQ2 哪些物理机制导致冲击波通过团块后物质的加速？
• RQ3 喷气推进效应在多大程度上可解释观测到的FLIERs高速喷流？
• RQ4 解析模型与团块光致蒸发的数值模拟在多大程度上吻合？
• RQ5 该模型能否重现行星状星云中观测到的FLIERs的动力学与发射线特性？

主要发现

• 在冲击波传播与加速阶段，解析模型与数值模拟之间获得了良好的定量匹配。
• 喷气推进效应在冲击波穿过团块后显著加速了电离物质，与高速FLIERs一致。
• 该模型成功再现了行星状星云中观测到的FLIERs的速度分布与发射线特征。
• 数值模拟证实冲击波前缘穿过团块后，存在因动量传递而引起的加速增强阶段。
• 团块破坏的最终阶段主要由喷气推进效应主导，导致物质以高速被喷射。
• 结果支持FLIERs是行星状星云中光致蒸发团块残余物的解释。