[论文解读] Velocity asymmetries in YSO jets: Intrinsic and extrinsic mechanisms

T. Matsakos, N. Vlahakis+8 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 12

一句话总结

本研究通过模拟两种机制，探究了年轻恒星喷流（YSO jets）中速度不对称性的起源：一是原恒星磁层与吸积盘之间固有的磁场方向错位，二是由非均匀环境压强引起的外部效应。模拟结果表明，这两种机制均可导致蓝移与红移喷流之间可观测到的速度差异。外部压强变化可直接改变喷流的准直化程度与传播速度，而磁场错位则通过差异性加速与密度结构引发不对称性。

ABSTRACT

It is a well established fact that some YSO jets (e.g. RW Aur) display different propagation speeds between their blue and red shifted parts, a feature possibly associated with the central engine or the environment in which the jet propagates. In order to understand the origin of asymmetric YSO jet velocities, we investigate the efficiency of two candidate mechanisms, one based on the intrinsic properties of the system and one based on the role of the external medium. In particular, a parallel or anti-parallel configuration between the protostellar magnetosphere and the disk magnetic field is considered and the resulting dynamics are examined both in an ideal and a resistive magneto-hydrodynamical (MHD) regime. Moreover, we explore the effects of a potential difference in the pressure of the environment, as a consequence of the non-uniform density distribution of molecular clouds. Ideal and resistive axisymmetric numerical simulations are carried out for a variety of models, all of which are based on a combination of two analytical solutions, a disk wind and a stellar outflow. We find that jet velocity asymmetries can indeed occur both when multipolar magnetic moments are present in the star-disk system as well as when non-uniform environments are considered. The latter case is an external mechanism that can easily explain the large time scale of the phenomenon, whereas the former one naturally relates it to the YSO intrinsic properties. [abridged]

研究动机与目标

• 确定YSO喷流中的速度不对称性是否源于中心系统的内在属性，或外部环境条件的影响。
• 评估磁层中磁偶极与四极成分错位在生成不对称喷流中的作用。
• 研究分子云中非均匀环境压强对喷流准直化与传播速度的影响。
• 考察在压强约束下的喷流中静态结的形成与稳定性，及其与环境压强的关系。
• 评估大尺度MHD模拟在捕捉不对称质量加载与加速效应方面的可行性。

提出的方法

• 对由盘风与恒星喷流组成的双组分喷流开展理想与电阻率轴对称磁流体动力学（MHD）模拟。
• 在盘与原恒星磁层之间施加平行与反平行的磁场构型，以检验内在不对称性机制。
• 对两个喷流瓣施加不同的外部压强，以模拟非均匀环境条件，并评估其对准直化与速度的影响。
• 采用稳态与时变喷射模型，探索不同吸积与喷射制度下的动力学行为。
• 通过分析速度分布与密度结构，量化不对称性并识别激波形成，特别是再准直激波。
• 将结果与RW Aur等系统的观测约束进行对比，重点关注观测到的速度差异与结间距。

实验结果

研究问题

• RQ1 盘与原恒星磁层之间的固有磁场错位是否能产生YSO喷流中可观测到的速度不对称性？
• RQ2 周围分子云中非均匀环境压强在多大程度上影响喷流的准直化与传播速度？
• RQ3 在压强约束下的喷流中是否形成静态结，其间距是否与环境压强相关？
• RQ4 电阻率与理想MHD模型如何影响速度不对称性的形成与稳定性？
• RQ5 大尺度MHD模拟能否真实捕捉YSO喷流中不对称的质量加载与加速效应？

主要发现

• 盘与原恒星磁层之间的磁场错位导致速度与密度分布的不对称，从而在喷流瓣之间产生可观测到的速度差异。
• 非均匀外部压强导致两个喷流瓣的准直化程度不均，直接改变其传播速度，可解释长时间尺度的不对称性。
• 在压强约束的模拟中形成静态结，其间距与环境压强值密切相关。
• 再准直激波的形成对扰动具有鲁棒性，表明即使不常被观测到，驻波也可能存在于喷流中。
• 内在不对称性在速度的径向依赖关系中最为显著，但其表现显著受周围密度分布的调制。
• 大尺度模拟无法完全解析加速区域，限制了对强质量加载效应的建模能力，但在初始速度相等、质量加载变化的标准假设下，未出现显著不对称性。