Dynamics of Barrel-Shaped Young Supernova Remnants

In this study we have tried to explain the barrel-shaped morphology for young supernova remnants considering the dynamical effects of the ejecta. We consider the magnetic field amplification resulting from the Rayleigh-Taylor instability near the contact discontinuity. We can generate the synthetic radio image assuming the cosmic-ray pressure and calculate the azimuthal intensity ratio (A) to enable a quantitative comparison with observations. The postshock magnetic field are amplified by shearing, stretching, and compressing at the R-T finger boundary. The evolution of the instability strongly depends on the deceleration of the ejecta and the evolutionary stage of the remnant. the strength of the magnetic field increases in the initial phase and decreases after the reverse shock passes the constant density region of the ejecta. However, some memory of the earlier phases of amplification is retained in the interior even when the outer regions turn into a blast wave. The ratio of the averaged magnetic field strength at the equator to the one at the pole in the turbulent region can amount to 7.5 at the peak. The magnetic field amplification can make the large azimuthal intensity ratio (A=15). The magnitude of the amplification is sensitive to numerical resolution. This mens the magnetic field amplification can explain the barrel-shaped morphology of young supernova remnant without the dependence of the efficiency of the cosmic-ray acceleration on the magnetic field configuration. In order for this mechanism to be effective, the surrounding magnetic field must be well-ordered. The small number of barrel-shaped remnants may indicate that this condition rarely occurs.

항아리 형태 젊은 초신성 잔해의 동력학

본 연구에서는 항아리 형태 젊은 초신성 잔해의 동력학을 설명하기 위해 분출물의 동력학적 효과를 고려하였다. 분출물과 성간 물질 사이에 존재하는 접촉불연속면에서 레일라-테일러(R-T)불안정에 기인한 자기장의 증폭호과가 고려되었다. 우주선 입자의 가속을 가정함으로서 합성전파 모형을 만들 수 있었으며 관측과의 비교를 위해 방위각을 따른 전파세기의 비(A)를 계산하였다. R-T불안정의 결과로 자란 가지의 경계면에서 압축, 전단, 인장의 결과로 충격파 후면의 자기장은 증폭되었다. 불안정의 시간에 따른 변화는 분출물의 감속에 민감하게 의존하며 초신성 잔해의 진화와 밀접히 관계됨을 볼 수 있었다. 자기장의 세기는 초기에 급격히 증가하며 역 충격파가 분출물의 등밀도지역으로 들어감에 따라 감소되었다. 그러나 이와 같은 초기 자기장 증폭의 효과는 초신성 잔해의 후기까지 남아 있음을 볼 수 있었다. 증폭된 자기장 영역에서 적도지역과 극지역의 자기장의 세기의 비는 최대 7.5까지 이를 수 있었다. 이와 같은 자기장의 증폭은 방위각에 따라 매우 큰 전파세기의 비를 만들 수 있었다(A=15). 증폭된 자기장의 세기는 수치계산의 분해능에 매우 민감함을 알 수 있었다. 본 연구에서는 우주선 입자의 가속효과가 자기장과 충격파 면이 이루는 각도에 의존한다는 가정 없이도 자기장의 증폭효과가 관측된 항아리 형태의 젊은 초신성 잔해를 만들 수 있음을 보였다. 그러나 이와 같은 기작이 효과적이기 위해서는 초신성 잔해 주위의 자기장이 잘 정열되어 있어야 한다. 항아리 형태의 젊은 초신성잔해의 수가 적게 관측되는 것은 이와 같은 조건이 성간에서 잘 이루어지지 않음을 의미한다.OH radical의 생성이 활발해져, $CH_4$의 소멸이 촉진되었을 가능성이 큰 것으로 나타났다. 전체 $CH_4$의 일평균 농도를 이용한 장주기적 추세에 대한 분석결과에 따르면, 국내의 두 관측지점들(무안, 태안)에서는 수일 주기의 농도 변화가 급격하게 이루어졌지만, 뚜렷한 계절적 주기는 발견하기가 어려웠다. 그런데 국외의 관측지점들에서는, 계절적 주기의 변화가 상대적으로 뚜렷하고 규칙적인 양상을 보여주었다. 지역별 $CH_4$ 농도간의 상관분석을 실시한 결과, 국내 두 지점들 간에는 양의 상관관계, 무안지역과 북반구의 관측점들과는 음의 상관관계를 보였다. 반면 남반구에 위치한 관측점들과는 양의 상관관계를 확인 할 수 있었다. $CH_4$ 농도의 장주기적 변화경향을 분석하기 위해, 단순회귀분석을 실시한 결과, $CH_4$ 농도의 증가율이 무안과 태안 지역에서 각각 연간 16.5, 14.8 ppb로 가장 높게 관측되었다. 관측점 주변에 복잡한 배출원의 작용이 가능하다는 점을 감안하여, 무안지역의 $CH_4$ 농도변화와 풍향과의 연계성을 비교해 보았다. 이 결과에 의하면, 동풍계열의 풍계가 나타날 때 고농도의 값이 나타났으며, 청정한 공기가 유입되는 남서풍의 풍계시에는 비교적 낮은 $CH_4$ 농도가 유지되었다. 이처럼 $CH_4$의 장주기적 분포특성은 연구대상지역의 복잡한 배출${\cdot}$소별작용과 연계되어 매우 다양하고 독특한 형태를 띠고 있음을 확인할 수 있었다.