Transcript 分子雲コアからの 連星形成過程

分子雲コアからの
連星形成過程とアウトフロー
町田正博
天文台 中間発表 2002/10/16~18
観測による連星からのJet
分子雲、分子雲コア
1.Introduction
★ガスの密度で見た星形成過程
今回の計算
数密度(cm-3)
102~5
星間分子雲
収縮
runaway collapse
等温
disk の形成
1010
ガス雲が断熱的に
断熱
断熱コアの形成
1015
アウトフロー現象
H2解離
second collapse
1020
主系列星へ
第２コアの形成
本研究では、102cm-3
の円柱平衡にある回転
している星間磁気雲か
ら計算を始めて、
runaway collapse,断
熱コアの形成を経て、
アフトフロー現象まで(n
～1015cm-3)を一貫して
追った
★現在までに行われている研究
(星間雲の収縮から星形成に関する)
数値シミュレーションによって、磁場、回転の影響を考慮した星間分子雲の
等温収縮段階から断熱的になりアウトフローが現れるまでを研究する
2.研究目的
★非軸対称揺らぎ（m=2）を入れた場合の断熱コアの進化、軸の成長過程、角運
動量の変化、アウトフローの形状
★初期の磁場、角運動量を変化させた場合の進化の過程、アウトフローの形状
の違い ⇒ 分裂（後の連星形成）に回転、磁場の大きさが重要
3.計算の初期条件
◆円柱平衡力学状態にある星間磁気雲

r 
 r(r )  rc 1  2 
 8H 
2
Z
2

r2 
 v (r)  rc 1  2 
 8H 
1/ 2
1

r2 
c  B / 8pr
 Bz (r )  Bc 1  2  H 
4p G r  2
 8H 
磁
力
線
X
2
s
c
c
2
c
◆磁場：
α=Bc2/(4prcs2)
（磁気圧、ガス圧比）
◆回転：ω(角運動量)
回転
Y
3.計算の初期条件
◆揺らぎ
・z方向：z=0にピークを持つ密度揺らぎ
Z
・φ方向：m=0(揺らぎ無し)、m=2
磁
力
線
X
回転
◆スケール
・計算領域の広さ：1.4×105 [AU]
・box 内の全質量：M=6.8 M◎
↑α, ωを与えたときの最も揺らぎが
成長するモードの波長より決定
H=1.5×106 [AU]
M=27 M◎
Y
3.計算の初期条件
Z
◆その他の物理量
・中心密度：ρc=102 cm-3
・温度：T=10 [K]
◆パラメータ
・Am2(m=2の揺らぎの大きさ)
：0 , 0.01 , 0.1 , 0.2
・α(磁気圧とガス圧の比)
：0 , 0.01 , 0.1 , 1.0 , 5.0
・ω(角速度)
：0.1 , 0.5
計 40通りの計算
磁
力
線
X
回転
H=1.5×106 [AU]
M=27 M◎
Y
4.計算手法
 3次元 MHD nested grid シミュレーション
◆流体部分：Roeの方法、等温・断熱・ポリトロープ
◆自己重力：Multigrid法
◆Nested grid：
New grid の生成条件：h<λj /8 (h:mesh数)、 λj :Jeans波長)
解いている方程式
r
   ( r v)  0
t

B2 


◆r 
 ( v  )  v    P 

8
p
 t



(B  )B

 r  0
4p
B
◆
   ( v  B) t
◆ =4p Gr
cs 2 r r  rcr i ◆P= 

r  rcr i
r ◆
Nested grid
L=1
L=2
L=3

メッシュサイズ：


128×128×32
平衡状態と揺らぎの式
Aφ =0,0.01,0.1,0.2
5.計算結果
磁場の強さの違いによる
断熱コアとアウトフローの形状①
－回転が弱い場合－
弱
Am2=0.01
α=0.01 ω=0.1
磁場の強さ
Am2=0.01
α=0.1 ω=0.1
カラー、コントア：密度
矢印：アウトフローの速度ベクトル
上段：XY平面の切断面
下段：YZ(長軸)平面の切断面
Am2,ω=0.01 , 0.1 (固定)
強
Am2=0.01
α=1.0 ω=0.1
Am2=0.01
α=5.0 ω=0.1
磁場の強さの違いによる
断熱コアとアウトフローの形状②
－回転が強い場合－
弱
Am2=0.01
α=0.01 ω=0.5
磁場の強さ
Am2=0.01
α=0.1 ω=0.5
カラー、コントア：密度
矢印：アウトフローの速度ベクトル
上段：XY平面の切断面
下段：YZ(長軸)平面の切断面
Am2,ω=0.01 , 0.5 (固定)
強
Am2=0.01
α=1.0 ω=0.5
Am2=0.01
α=5.0 ω=0.5
カラー、コントア：密度
非軸対称揺らぎの違いによる
矢印：アウトフローの速度ベクトル
上段：XY平面の切断面
断熱コアとアウトフローの形状
下段：YZ(長軸)平面の切断面
α、ω = 0.1 , 0.5 (固定)
弱
m=2揺らぎの強さ
強
Am2=0.0
α=0.1 ω=0.5
Am2=0.01
α=0.1 ω=0.5
Am2=0.1
α=0.1 ω=0.5
Am2=0.2
α=0.1 ω=0.5
分裂のパターン
★Ring分裂
(Am2=0.01,α=0.1,ω=0.5)
disk形成後、リングを作りなが
ら分裂が起こる。分裂片は外
側に広がる
★Disk分裂
(Am2=0.01,α=0.1,ω=0.5)
diskの中で分裂がおこり、そ
の後diskが引き伸ばされる
分裂片は分裂開始時に中心
に移動しその後外側に広がる
★Bar分裂
(Am2=0.01,α=0.1,ω=0.5)
bar内部で分裂が起こり、中
心部分が引きちぎられる
分裂片はbarにそって中心に
移動し、その後分裂片は合
体する
750AU
結果のアニメーション
Am2=0.2 α=1.0 ω=0.5
密度(カラー,コントア)と速度(矢印)
Am2=0.01 α=0.01 ω=0.5
密度(カラー,コントア)と速度(矢印)
磁場の形状(赤流線)と
磁場の形状(赤流線)と
アウトフロー領域(青いisovolume)
アウトフロー領域(青いisovolume)
弱
回転の強さ
強
磁力線とアウトフローの形状①
－初期揺らぎが大きい場合－
・Box size :L=13段,324[AU]
・time:断熱コア形成後500~2000 [yr]
・赤い流線：磁力線
・水色(緑)の領域：アウトフロー領域
Am2=0.2
左上から：（上段：回転が弱いケース、左から右に磁場が強くなる）
①α=0.01 ,ω=0.1 ②α=0.1 ,ω=0.1 ③α=1.0 , ω=0.1 ④α=5.0 , ω=0.1
⑤α=0.01 ,ω=0.5 ⑥α=0.1 ,ω=0.5 ⑦α=1.0 , ω=0.5 ⑧α=5.0 , ω=0.5
弱
磁場の強さ
強
弱
回転の強さ
強
磁力線とアウトフローの形状②
－初期揺らぎが小さい場合－
Am2=0.01
左上から：（上段：回転が弱いケース、左から右に磁場が強くなる）
①α=0.01 ,ω=0.1 ②α=0.1 ,ω=0.1 ③α=1.0 , ω=0.1 ④α=5.0 , ω=0.1
⑤α=0.01 ,ω=0.5 ⑥α=0.1 ,ω=0.5 ⑦α=1.0 , ω=0.5 ⑧α=5.0 , ω=0.5
弱
磁場の強さ
強
分裂片からのアウトフロー
1500 [AU]
L=11段目
パラメータ
・Am2=0.2 ・α=1.0 ・ω=0.5
L=12段目
拡大
拡大
375 [AU]
L=14段目
L=13段目
拡大
断熱コア形成後の中心(最大)密度の成長
（回転が弱い場合）
Am2=0.0 , ω=0.1
横軸：断熱コア形成後の時間
縦軸：密度
Am2=0.2 , ω=0.1
横軸：断熱コア形成後の時間
縦軸：密度
断熱コア形成後の中心(最大)密度の成長
（回転が強い場合）
Am2=0.0 , ω=0.5
横軸：断熱コア形成後の時間
縦軸：密度
Am2=0.0 , ω=0.5
横軸：断熱コア形成後の時間
縦軸：密度
水色：強いアウトフロー
オレンジ：分裂
結果の表
断熱コアの形状
分裂
アウトフロー
行：初期角速度、列：初期の磁場の強さ
揺らぎの
大きさ
α
0.0
0.01
0.1
1.0
5.0
0.1
ring
△
×
disk
×
◎
core
×
○
disk + core
×
×
disk + core
×
×
0.5
ring
◎
×
ring
◎
△
ring+bar
△
△
large disk
×
◎
disk
×
×
0.1
ring
△
×
disk
×
◎
core
×
◎
disk + core
×
△
disk + core
×
×
0.5
ring
◎
×
disk ring
◎
△
disk + bar
△
◎
disk + bar
△
○
disk +bar
×
×
0.1
ring
○
×
disk
×
◎
bar + core
×
◎
bar
×
○
large bar
×
×
0.5
large bar
◎
×
spiral core
○
△
disk + bar
○s
○
large bar
◎
○
large bar
○
×
ω
Am2=0.0
Am2=0.01
Am2=0.2
6.まとめ (1/2)
パラメータによる違い
 磁場の強さ



回転の強さ




非軸対称性を成長(断熱段階)
中心密度の成長、断熱コアの大きさ
非軸対称性の成長(等温段階)
初期に高速回転していたものが分裂
断熱コアの形状（中心集中、拡散）
揺らぎの強さ(非軸対称)


非軸対称性の成長(等温、断熱段階)
断熱コアの形状(disk, bar)
6.まとめ (2/2)

分裂
 分裂するのは、初期に高速回転しているガス雲
 ディスク、リング分裂：磁場が弱い、初期に薄い円盤を形
成
 棒状分裂：磁場強い(非軸対称性を成長)、初期に細長い
棒状コア(bar instability)を形成

アウトフロー
 断熱コアの形状により様々な形状
 ２層構造のアウトフロー
 α=0.1~1.0