[論文レビュー] Shock excited far-infrared molecular emission around T Tau

L. Spinoglio, T. Giannini+10 more|Open Research Online (The Open University)|Sep 29, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、T Tauriの最初で完全な遠赤外線スペクトルが提示され、300–400 AUのコン pact で密度の高い領域（300–900 K）から、強い高J CO、H2O、およびOHの放射線線が明らかになった。データは、噴出流の基部で星風による衝撃励起を示しており、水とOHの割合は環境値よりも10倍以上に増加している。これは放射光による解離と、噴出流の力学的光度と同等の冷却と整合的である。

ABSTRACT

The first complete far-infrared spectrum of T Tau has been obtained with the LWS spectrometer on-board the Infrared Space Observatory, which detected strong emission from high-J (J=14-25) CO, para- and ortho-H2O and OH transitions over the wavelength range from 40 to 190 micron. Most of the observed molecular emission can be explained by a single emission region at T~300-900 K and n(H_2)~10^(5-6) cm^(-3),with a diameter of about 2-3 arcsec. This corresponds to a very compact region of 300-400 AU at the distance of 140 pc. An higher temperature component seems to be needed to explain the highest excitation CO and water lines. We derive a water abundance of 1-7x10^(-5) and an OH abundance of ~3x10^(-5) with respect to molecular hydrogen, implying water and OH enhancements by more than a factor of 10 with respect to the expected ambient gas abundance. The observed cooling in the various species amounts to 0.04 L(sun),comparable to the mechanical luminosity of the outflow, indicating that the stellar winds could be responsible of the line excitation through shocks. In order to explain the observed molecular cooling in T Tau in terms of C-type shock models, we hypothesise that the strong far-ultraviolet radiation field photodissociates water in favour of OH. This would explain the large overabundance of OH observed. The estimated relatively high density and compactness of the observed emission suggest that it originates from the shocks taking place at the base of the molecular outflow emission, in the region where the action of the stellar winds from the two stars of the binary system is important.

研究の動機と目的

• 高分解能分光法を用いて、T Tauri連星系の遠赤外線分子放射線を特徴づけること。
• 周囲環境における放射線発生領域の物理的条件（温度、密度、サイズ）を特定すること。
• 通常の宇宙間値と比較して水とOHの割合が著しく高い理由を調査すること。
• 星風駆動の衝撃波が観測された線励起および冷却率を説明できるかどうかを評価すること。
• 遠紫外線放射が光分解を介して分子割合に与える影響を評価すること。

提案手法

• 赤外宇宙観測衛星（ISO）搭載のLWS分光計を用いて、T Tauの完全な遠赤外線スペクトルを取得した。
• 40–190 μmの波長域で、COの高J（J=14–25）回転遷移、および対称・反対称H2OとOHの放射線線を分析した。
• C型衝撃モデルを用いて発光ガスの温度、密度、および吸収量を推定した。
• 観測された線輝度と放射線輸送計算を比較することで、H2に対する分子割合を推定した。
• 全分子冷却光度を噴出流の力学的光度と比較することで、エネルギー収支を評価した。
• 特にH2OのOHへの光分解を含め、遠紫外線放射がH2OとOHの化学に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T Tauri周辺の遠赤外線放射領域の物理的条件（温度、密度、サイズ）は何か？
• RQ2 観測されたCO、H2O、およびOHの高J分子遷移を励起するメカニズムは何か？
• RQ3 なぜ水とOHの割合が通常の宇宙間割合と著しく高いのか？
• RQ4 観測された分子冷却が噴出流の力学的光度とどの程度一致するか？
• RQ5 遠紫外線放射は、衝撃励起ガスにおけるH2O/OH割合にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 遠赤外線スペクトルは、40–190 μmの範囲で、高J CO（J=14–25）、対称および反対称H2O、およびOH遷移からの強い放射線を示している。
• 放射線は、300–400 AUのサイズのコン pact な領域から発生しており、温度は300–900 K、H2密度は10^5–10^6 cm^-3である。
• 水の割合はH2に対して1–7×10^-5と推定され、OHの割合は約3×10^-5であり、両者とも環境値よりも10倍以上に増加している。
• 全分子冷却光度は0.04 L⊙であり、噴出流の力学的光度と同等であるため、衝撃励起が支持される。
• 高いOH割合は、強力な遠紫外線放射場でのH2Oの光分解によって説明できる。
• データは、星系の二重星から発する星風が衝撃波を駆動する噴出流の基部におけるC型衝撃モデルによって最もよく説明される。