[論文レビュー] Molecular content of the circumstellar disk in AB Aur: First detection of SO in a circumstellar disk

A. Fuente, J. Cernicharo+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 28

ひとこと要約

本研究では、IRAM 30m望遠鏡のEMIR受信機を用いた高感度観測により、ハービーAe星AB Aurの周囲円盤で、硫黄モノ酸化物（SO）の初回検出を報告する。HCO⁺、CN、H₂CO、CS、HCNのラインと併せて検出されたことから、分子的豊富性が高く、まだ固体粒子への分子吸着が化学に支配的でない若い円盤であることが示唆され、化学モデルによる検証も得られている。

ABSTRACT

Very few molecular species have been detected in circumstellar disks surrounding young stellar objects. We are carrying out an observational study of the chemistry of circumstellar disks surrounding T Tauri and Herbig Ae stars. First results of this study are presented in this note. We used the EMIR receivers recently installed at the IRAM 30m telescope to carry a sensitive search for molecular lines in the disks surrounding AB Aur, DM Tau, and LkCa 15. We detected lines of the molecules HCO+, CN, H2CO, SO, CS, and HCN toward AB Aur. In addition, we tentatively detected DCO+ and H2S lines. The line profiles suggest that the CN, HCN, H2CO, CS and SO lines arise in the disk. This makes it the first detection of SO in a circumstellar disk. We have unsuccessfully searched for SO toward DM Tau and LkCa 15, and for c-C3H2 toward AB Aur, DM Tau, and LkCa 15. Our upper limits show that contrary to all the molecular species observed so far, SO is not as abundant in DM Tau as it is in AB Aur. Our results demonstrate that the disk associated with AB Aur is rich in molecular species. Our chemical model shows that the detection of SO is consistent with that expected from a very young disk where the molecular adsorption onto grains does not yet dominate the chemistry.

研究の動機と目的

• T Tauri星およびハービーAe星の周囲円盤の分子的含有量を調査し、化学的複雑性に焦点を当てる。
• 原始惑星円盤において未だ観測例のない分子種の検出と特徴付けを行う。
• AB Aur、DM Tau、LkCa 15といった異なる系の分子濃度を比較することで、円盤の化学的進化を理解すること。
• 固体表面での化学反応がまだ気相分子を枯渇させない非常に若い円盤において、SO濃度が増加しているかどうかを検証すること。
• 線強度から柱密度比や上限値を測定することで、円盤化学の化学モデルに観測的制約を与えること。

提案手法

• 3mmおよび1mmバンドで4 GHz帯域を有するIRAM 30m望遠鏡のEMIR受信機を用いて、高感度の単一電波望遠鏡観測を実施。
• ベースラインの安定化と、コンactな周囲円盤からの弱く広帯域のライン検出を向上させるために、ウッブラー・スイッチング法を採用。
• VESPAバックエンドを用いて、1.3 mmで80 kHz、2.7 mmで40 kHzの高スペクトル分解能を達成し、ラインプロファイルを解明し、分子遷移を同定。
• AB Aurの観測中に、周囲雲からの放射によるチャンネル汚染を避けるために、汚染されたチャンネルをブランク処理。
• Schreyerら（2008）の円盤パラメータとAgúndezら（2008）の更新済み化学ネットワークを用いて、時間経過に伴う分子濃度を再現する化学モデルを構築。
• ライン強度から柱密度と濃度比（例：[SO]/[HCO⁺]、[CS]/[SO]）を計算し、観測の上限値と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SOは周囲円盤で検出可能か？ もし検出された場合、その存在は円盤の年齢と化学的状態に何を示唆するか？
• RQ2 AB Aurの円盤における分子濃度は、DM TauおよびLkCa 15と比較して、特にSOおよびc-C₃H₂に関してどう異なるか？
• RQ3 AB Aurにおける観測されたSO濃度は、固体表面への吸着がまだ支配的でない若い円盤の化学モデルと整合的か？
• RQ4 [CN]/[HCN]比が異なる円盤間で類似しているのに対し、[CS]/[SO]および[H₂CO]/[HCO⁺]比が顕著に異なるのはどのような意味を持つのか？
• RQ5 AB AurにおけるDCO⁺の懸念される検出は、TW Hydraeなどの他の円盤と同程度の重水素化度を示唆できるか？

主な発見

• AB Aurの周囲円盤で138.178 GHz（J=3₄→2₃）にSOが検出され、原始惑星円盤におけるSOの明確な初回検出を達成した。
• CN、HCN、H₂CO、CS、SOのラインプロファイルは、周囲雲や包層ではなく円盤由来の放射と整合的である。
• DM TauにおけるSOの上限値はAB Aurに比べて顕著に低く、SOがDM TauではAB Aurに比べて相対的に欠乏していることを示している。
• AB Aur、DM Tau、LkCa 15のいずれに対してもc-C₃H₂の検出は得られなかったが、[c-C₃H₂]/[HCO⁺]の上限値は光分解領域で観測された値と整合的である。
• AB AurにおけるDCO⁺の懸念される検出は、[DCO⁺]/[HCO⁺]比が約0.03であることを示唆しており、TW Hydraeで観測された値と類似している。
• 化学モデルは、AB Aurにおける高いSO濃度が、固体表面への吸着がまだ気相反応を抑制していない若い円盤（約2.5 Myr）と整合的であることを確認した。