[論文レビュー] Morphology of the $^{13}$CO(3-2) millimeter emission across the gas disc surrounding the triple protostar GG Tau A using ALMA observations

Nguyễn Thị Phương, Pham Ngoc Diep+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 6被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、ALMAを用いてGG Tau Aの三重原始星を取り巻くガス円盤の形態、運動学、および熱的構造を13CO(3-2)およびダスト連続放射の観測によって分析した。1弧秒（140 au）におけるケプラーローションの速度が約3.1 km s⁻¹で確認され、円盤のスケールヘイツの95%信頼区間上限が0.24弧秒（34 au）に設定された。また、ライン幅と相関する強度変動が観測され、温度勾配と星に近づくにつれて光学的厚さが増す兆候が示された。

ABSTRACT

Observations by the Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array of the dust continuum and $^{13}$CO(3-2) millimeter emissions of the triple stellar system GG Tau A are analysed, giving evidence for a rotating gas disc and a concentric and coplanar dust ring. The present work complements an earlier analysis (Tang et al. 2016) by exploring detailed properties of the gas disc. A 95% confidence level upper limit of 0.24 arcsec (34 au) is placed on the disc scale height at a distance of 1 arcsec (140 au) from the central stars. Evidence for Keplerian rotation of the gas disc is presented, the rotation velocity reaching ~3.1 kms$^{-1}$ at 1 arcsec from the central stars, and a 99% confidence level upper limit of 9% is placed on a possible in-fall velocity relative contribution. Variations of the intensity across the disc area are studied in detail and confirm the presence of a hot spot in the south-eastern quadrant. However several other significant intensity variations, in particular a depression in the northern direction, are also revealed. Variations of the intensity are found to be positively correlated to variations of the line width. Possible contributions to the measured line width are reviewed, suggesting an increase of the disc temperature and opacity with decreasing distance from the stars.

研究の動機と目的

• 三重原始星GG Tau Aを取り巻く13CO(3-2)ガス円盤の形態と運動学を特徴づけること。
• 高分解能ALMAデータを用いて円盤のスケールヘイツを特定し、その垂直構造を評価すること。
• 円盤全体における強度変動とそのライン幅との相関を調査し、熱的および光学的厚さ構造を推定すること。
• 円盤内での回転運動と降着運動の相対的寄与を評価し、ケプラーローションとの運動学的一致性を検討すること。
• 観測された強度およびライン幅の変動が、惑星または同伴天体形成に与える示唆を検討すること。

提案手法

• ALMA Cycle 1で得られた13CO(3-2)線放出および0.9 mmのダスト連続放射の観測データを用い、Beamサイズは0.37×0.31 arcsec²、スペクトル分解能は0.11 km s⁻¹であった。
• 13CO(3-2)データに対してセルフキャリブレーションを実施し、CASAおよびGILDASソフトウェアを用いて連続放射データを統合した。
• ガウスフィッティングをダスト連続放射に適用し、中心源およびリング位置を決定した。この際、適切な運動補正を施した。
• 円盤全体にわたる積分強度およびライン幅をマッピングし、方位および半径方向の変動を分析した。
• 円盤の投影軸に垂直なドップラー速度勾配を用いて、降着速度と回転速度の比を制約した。
• ライン幅に寄与するケプラーローションのずれと機器分解能の寄与を評価し、余剰な幅は温度および光学的厚さの変化に起因するとした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GG Tau Aの13CO(3-2)ガス円盤の運動学的構造は何か？回転運動が降着運動を上回っているか？
• RQ2 1弧秒（140 au）の半径におけるガス円盤の垂直スケールヘイツは何か？また、静的平衡状態と比較するとどうか？
• RQ3 円盤全体における強度変動はライン幅とどのように相関しているか？温度勾配および光学的厚さ勾配に何を示唆するか？
• RQ4 局所的な特徴（例えば高温域や低減域）は存在するか？それらは運動学的異常や惑星形成の兆候と相関しているか？
• RQ5 観測されたライン幅の変動は、温度変化や光学的厚さ効果といった物理的プロセスによってどの程度説明可能か？

主な発見

• 中心星からの距離1弧秒（140 au）における円盤スケールヘイツの95%信頼区間上限が0.24弧秒（34 au）に設定され、30 Kの円盤が静的平衡状態にあることと整合的であった。
• 1弧秒における回転速度が約3.1 km s⁻¹でケプラーローションが確認され、降着速度寄与の99%信頼区間上限が回転速度の9%未満に制限された。
• 南東クアッドラントに高温域が、北側に低減域が特定され、強度変動が半径方向にモード化しており、r ~1.2および1.9弧秒でピークを示した。
• ライン幅はr = 2.3弧秒で約0.18 km s⁻¹からr = 1.5弧秒で約0.26 km s⁻¹に増加し、ケプラーローションのずれと機器分解能の寄与を合計して約0.11 km s⁻¹を超えていた。
• ライン幅の相対的変動は強度変動と正の相関を示した（大きさは約1/3）。これは温度勾配およびより温暖で密度の高い領域におけるCO(3-2)励起度の上昇を支持する。
• 観測されたライン幅の増加は、半径が小さい領域で円盤表面温度と光学的厚さがそれぞれ約2倍低下することに起因すると最もよく説明され、r = 1.5弧秒でそれぞれ約36 Kおよび約10に達した。