Published April 17, 2024 | Version v1
Publication Open

Maser flares driven by isothermal shock waves

Creators

  • 1. University of Manchester
  • 2. National Astronomical Research Institute of Thailand

Description

ABSTRACT We use 3D computer modelling to investigate the time-scales and radiative output from maser flares generated by the impact of shock waves on astronomical unit-scale clouds in interstellar and star-forming regions, and in circumstellar regions in some circumstances. Physical conditions are derived from simple models of isothermal hydrodynamic (single-fluid) and C-type (ionic and neutral fluid) shock waves, and based on the ortho-H2O 22-GHz transition. Maser saturation is comprehensively included, and we find that the most saturated maser inversions are found predominantly in the shocked material. We study the effect on the intensity, flux density, and duration of flares of the following parameters: the pre-shock level of saturation, the observer's viewpoint, and the shock speed. Our models are able to reproduce observed flare rise times of a few times 10 d, specific intensities of up to 105 times the saturation intensity and flux densities of order 100(R/d)2 Jy from a source of radius R astronomical units at a distance of d kiloparsec. We found that flares from C-type shocks are approximately five times more likely to be seen by a randomly placed observer than flares from hydrodynamically shocked clouds of similar dimensions. We computed intrinsic beaming patterns of the maser emission, finding substantial extension of the pattern parallel to the shock front in the hydrodynamic models. Beaming solid angles for hydrodynamic models can be as small as 1.3 × 10−5 sr, but are an order of magnitude larger for C-type models.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص نستخدم النمذجة الحاسوبية ثلاثية الأبعاد للتحقيق في المقاييس الزمنية والناتج الإشعاعي من مشاعل مازر الناتجة عن تأثير موجات الصدمة على السحب الفلكية على نطاق الوحدة في المناطق بين النجوم وتشكيل النجوم، وفي المناطق المحيطة في بعض الظروف. تستمد الظروف الفيزيائية من نماذج بسيطة من موجات الصدمة الهيدروديناميكية متساوية الحرارة (أحادية السائل) والنوع C (السوائل الأيونية والمحايدة)، وتستند إلى الانتقال العمودي H2O 22 جيجاهرتز. يتم تضمين تشبع المازر بشكل شامل، ونجد أن انعكاسات المازر الأكثر تشبعًا توجد في الغالب في المادة المصدومة. ندرس التأثير على شدة وكثافة التدفق ومدة التوهجات للمعلمات التالية: مستوى التشبع قبل الصدمة، وجهة نظر المراقب، وسرعة الصدمة. نماذجنا قادرة على إعادة إنتاج أوقات ارتفاع التوهج المرصودة بضع مرات 10 أيام، وشدة محددة تصل إلى 105 أضعاف كثافة التشبع وكثافة التدفق بالترتيب 100(R/d)2 Jy من مصدر الوحدات الفلكية نصف القطر R على مسافة d كيلو فرسخ فلكي. وجدنا أن الشعلات الضوئية الناتجة عن الصدمات من النوع C من المرجح أن يراها مراقب يتم وضعه عشوائيًا خمس مرات تقريبًا أكثر من الشعلات الضوئية الناتجة عن السحب الهيدروديناميكية ذات الأبعاد المماثلة. قمنا بحساب أنماط الشعاع الجوهرية لانبعاث المازر، ووجدنا امتدادًا كبيرًا للنمط موازيًا لجبهة الصدمة في النماذج الهيدروديناميكية. يمكن أن تكون الزوايا الصلبة المشعة للنماذج الهيدروديناميكية صغيرة مثل 1.3 × 10−5 sr، ولكنها أكبر من حيث الحجم للنماذج من النوع C.

Translated Description (French)

RÉSUMÉ Nous utilisons la modélisation informatique 3D pour étudier les échelles de temps et la sortie radiative des éruptions maser générées par l'impact des ondes de choc sur les nuages astronomiques à l'échelle unitaire dans les régions interstellaires et de formation d'étoiles, et dans les régions circumstellaires dans certaines circonstances. Les conditions physiques sont dérivées de modèles simples d'ondes de choc isothermes hydrodynamiques (fluide unique) et de type C (fluide ionique et neutre), et basées sur la transition ortho-H2O 22-GHz. La saturation plus massive est complètement incluse, et nous constatons que les inversions maser les plus saturées se trouvent principalement dans le matériau choqué. Nous étudions l'effet sur l'intensité, la densité de flux et la durée des éruptions des paramètres suivants : le niveau de saturation avant le choc, le point de vue de l'observateur et la vitesse du choc. Nos modèles sont capables de reproduire des temps de montée observés de quelques fois 10 j, des intensités spécifiques allant jusqu'à 105 fois l'intensité de saturation et des densités de flux d'ordre 100(R/d)2 Jy à partir d'une source d'unités astronomiques de rayon R à une distance de d kiloparsec. Nous avons constaté que les éruptions de chocs de type C sont environ cinq fois plus susceptibles d'être vues par un observateur placé au hasard que les éruptions de nuages soumis à un choc hydrodynamique de dimensions similaires. Nous avons calculé les diagrammes de faisceau intrinsèques de l'émission maser, en trouvant une extension substantielle du diagramme parallèle au front de choc dans les modèles hydrodynamiques. Les angles solides de rayonnement pour les modèles hydrodynamiques peuvent être aussi petits que 1,3 × 10−5 sr, mais sont un ordre de grandeur plus grands pour les modèles de type C.

Translated Description (Spanish)

RESUMEN Utilizamos modelos informáticos en 3D para investigar las escalas de tiempo y la salida radiativa de las llamaradas máseras generadas por el impacto de las ondas de choque en nubes astronómicas a escala unitaria en regiones interestelares y de formación estelar, y en regiones circunestelares en algunas circunstancias. Las condiciones físicas se derivan de modelos simples de ondas de choque isotérmicas hidrodinámicas (fluido único) y de tipo C (fluido iónico y neutro), y se basan en la transición orto-H2O 22-GHz. La saturación del máser se incluye exhaustivamente, y encontramos que las inversiones más saturadas del máser se encuentran predominantemente en el material impactado. Estudiamos el efecto sobre la intensidad, la densidad de flujo y la duración de las erupciones de los siguientes parámetros: el nivel de saturación previo al choque, el punto de vista del observador y la velocidad del choque. Nuestros modelos son capaces de reproducir tiempos de subida de llamarada observados de unas pocas veces 10 d, intensidades específicas de hasta 105 veces la intensidad de saturación y densidades de flujo de orden 100(R/d)2 Jy a partir de una fuente de radio R unidades astronómicas a una distancia de d kiloparsec. Descubrimos que las llamaradas de los choques de tipo C tienen aproximadamente cinco veces más probabilidades de ser vistas por un observador colocado al azar que las llamaradas de nubes de choques hidrodinámicos de dimensiones similares. Calculamos patrones de haz intrínsecos de la emisión máser, encontrando una extensión sustancial del patrón paralelo al frente de choque en los modelos hidrodinámicos. Los ángulos sólidos de emisión para los modelos hidrodinámicos pueden ser tan pequeños como 1.3 × 10−5 sr, pero son un orden de magnitud mayor para los modelos de tipo C.

Files

stae1019.pdf.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مشاعل مازر مدفوعة بموجات صدمة متساوية الحرارة
Translated title (French)
Fusées maser entraînées par des ondes de choc isothermes
Translated title (Spanish)
Bengalas máser impulsadas por ondas de choque isotérmicas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4394930454
DOI
10.1093/mnras/stae1019

Is supplement to
https://openalex.org/W4353088469 (Other)
https://openalex.org/W4252409470 (Other)
https://openalex.org/W2917869501 (Other)
https://openalex.org/W2346714868 (Other)
https://openalex.org/W2170559859 (Other)
https://openalex.org/W2085611944 (Other)
https://openalex.org/W1973431331 (Other)
https://openalex.org/W1971682283 (Other)
https://openalex.org/W1530080673 (Other)
https://openalex.org/W111312576 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1485841196
  • https://openalex.org/W1624693442
  • https://openalex.org/W1761502999
  • https://openalex.org/W1831815199
  • https://openalex.org/W1965514331
  • https://openalex.org/W1967591570
  • https://openalex.org/W1975462957
  • https://openalex.org/W1975670377
  • https://openalex.org/W1976579441
  • https://openalex.org/W1981653215
  • https://openalex.org/W1984119371
  • https://openalex.org/W1987581356
  • https://openalex.org/W1996375368
  • https://openalex.org/W2000704694
  • https://openalex.org/W2007345743
  • https://openalex.org/W2016524506
  • https://openalex.org/W2024614306
  • https://openalex.org/W2027271092
  • https://openalex.org/W2030406463
  • https://openalex.org/W2035155070
  • https://openalex.org/W2043717701
  • https://openalex.org/W2047647445
  • https://openalex.org/W2055205620
  • https://openalex.org/W2055293190
  • https://openalex.org/W2056451066
  • https://openalex.org/W2069832162
  • https://openalex.org/W2070768239
  • https://openalex.org/W2072480969
  • https://openalex.org/W2088427378
  • https://openalex.org/W2092233475
  • https://openalex.org/W2100390897
  • https://openalex.org/W2101166659
  • https://openalex.org/W2129658439
  • https://openalex.org/W2168984219
  • https://openalex.org/W2171942739
  • https://openalex.org/W2259192022
  • https://openalex.org/W2340777590
  • https://openalex.org/W2498343155
  • https://openalex.org/W2539397630
  • https://openalex.org/W2603440955
  • https://openalex.org/W2792239727
  • https://openalex.org/W2793906726
  • https://openalex.org/W2797508523
  • https://openalex.org/W2888203670
  • https://openalex.org/W2888402902
  • https://openalex.org/W2933481091
  • https://openalex.org/W2941187221
  • https://openalex.org/W2955736823
  • https://openalex.org/W2966379046
  • https://openalex.org/W2969560038
  • https://openalex.org/W2981271412
  • https://openalex.org/W2995949020
  • https://openalex.org/W3005985784
  • https://openalex.org/W3009779316
  • https://openalex.org/W3016843226
  • https://openalex.org/W3036170118
  • https://openalex.org/W3041813224
  • https://openalex.org/W3043582037
  • https://openalex.org/W3092138424
  • https://openalex.org/W3099396238
  • https://openalex.org/W3099466567
  • https://openalex.org/W3099682340
  • https://openalex.org/W3100187399
  • https://openalex.org/W3101421432
  • https://openalex.org/W3102076403
  • https://openalex.org/W3103541623
  • https://openalex.org/W3104939370
  • https://openalex.org/W3125615034
  • https://openalex.org/W3126814542
  • https://openalex.org/W3133426747
  • https://openalex.org/W3196901788
  • https://openalex.org/W38456883
  • https://openalex.org/W4206069136
  • https://openalex.org/W4214914353
  • https://openalex.org/W4220862075
  • https://openalex.org/W4221033405
  • https://openalex.org/W4255826541
  • https://openalex.org/W4283393547
  • https://openalex.org/W4288076338
  • https://openalex.org/W4288083100
  • https://openalex.org/W4288090005
  • https://openalex.org/W4292865380
  • https://openalex.org/W4322495519
  • https://openalex.org/W4367549660
  • https://openalex.org/W4386636189