九州大学 猿渡元彬 共同研究者 橋本正章 (九州大学)、江里口良治(東京大学)、固武慶 (国立 天文台)、山田章一(早稲田理工) 磁気回転星の平衡形状と動的不安定性 九州大学 猿渡元彬 共同研究者 橋本正章 (九州大学)、江里口良治(東京大学)、固武慶 (国立 天文台)、山田章一(早稲田理工)
INTRODUCTION マグネターは非常に強い磁場を持つ中性子星でSGR 1806-20が指摘されている。マグネターの表面での磁場は1015Gと見積もられているが、その構造に関しては、その星内部の磁場分布によっていくつか考えられている。マグネター内部で一様磁場を仮定すると、重力エネルギーに対して磁場エネルギーは非常に小さいものになるが、内部がより強い磁場を持っているとすると、磁場構造によってはH/|W|が0.1程度にもなり、星構造への影響が考えられている。これら磁気回転星の形状は静水圧平衡を保っていると考えられ、磁場分布と回転によっては星が扁平なものにひしゃげることが知られている(Y.Tomiura & Y.Eriguchi 2005)。
MOTIVATIONS これまでの先行研究によって高密度星の平衡形状に対 する磁場や回転の影響が調べられている (Y.Tomiura & Y.Eriguchi 2005)。 2D-hydrodynamics codeを用いて、その平衡形状 が安定であるかを調べる。
METHOD Hydrodynamics code Zeus2dを用いる利点 問題点 平衡形状モデルにMHD-hydrodynamics code(Zeus2d)を用いて、 流体計算を行うことでその安定性を見る。 Zeus2dを用いる利点 これまで我々の用いてきたhydrodynamics codeなので取り扱いが容易。 将来的に状態方程式を変えて計算することもできる。 問題点 Scheme上の問題で強磁場で解けない場合が出てくる。 平衡状態モデルの境界付近を解くことができないため、境界で数値的な摂動が入ってしまう。 境界面での数値誤差が内部に影響する可能性
EQILIBRIUM MODEL 平衡形状モデルとして以下の方程式を用いた Y.Tomiura & Y.Eriguchi 2005 のモデルを 使い、その安定性を調べる basic equations
Hydrodynamics equations Zeus 2D (Stone & Norman 1992) 状態方程式
LOW DENSITY MODEL 高密度星のモデル計算を行う前に、平衡形状の試験モデルとして低密度、低磁場、低回転なものを用意し、Zeus2dを用いることで、試験モデルが平衡かつ安定であることを確かめた。 このモデルでは、ほぼ１回転しても、構造は変わらないため平衡形状であると考えられる。 赤道半径 490 km 極半径 460 km 中心密度 109 g/cc H/|W| 0.74 % 周期 6.8 s T/|W| 0.2 %
EQUILIBRIUM MODELS 今回モデルとしてトロイダル磁場と、回転の速さの違う 2つのモデルを用意した。 軸比（R/R） 赤道半径 周期 トロイダル磁場 中心密度 weak08 0.8 6.6×104cm 2.6ms 弱 1015 g/cc strong05 0.5 1.6ms 強
STRONG05 RESULTS 仮想粒子を流体の速度場に従って動かした場合 の計算終了時の仮想粒子の様子。摂動を加えていないが、 中心に落ち込むような粒子の動きが見られた。このモデルでは非常に磁場が強いため Zeusのschemeで解けていない可能性もある。
WEAK08 RESULTS トロイダル磁場が弱いモデルでの仮想粒子の動き。時間を追ってもそれほど 変化しないため平衡状態で流体計算ができていると考えられる。
PERTURBATION RESULT(PRESSURE DOWN 5%) Weak08のモデルに対して圧力を全体的に5%下げることによる摂動を加え、 その運動の様子を見た。圧力が下がることにより収縮に向かう。このとき、 磁気圧が十分であれば崩壊を食い止めることができると考えられるが、 このモデルに関して十分な磁気圧は得られなかった。 崩壊によって増幅される磁気圧としてトロイダル磁場が考えられるため、 強トロイダル磁場でのモデルを計算する必要がある。
CONCLUSION 磁気回転星の平衡形状モデルを用いて、その安定性 を調べた。 トロイダル磁場が強いものだと摂動なしでも潰れるような 動きを見せた。→ZEUSが強磁場で解けていない可能 性 トロイダル磁場が弱いものだと平衡形状モデルは計算 できると考えられる。 圧力を５％減らすことで摂動を加えた。 トロイダル磁場が弱いため、収縮によって磁気圧の上 昇が見られず、崩壊してしまう。→強トロイダル磁場のモ デルの数値計算を行う必要がある。