[論文レビュー] Sub-arcsecond [FeII] spectro-imaging of the DG Tau jet: Periodic bubbles and a dusty disk wind?

V. Agra-Amboage, C. Dougados+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用数 54

ひとこと要約

本研究では、サブアーセコンドの[Fe ii]分光像を用いて、DG Tauriのジェットに、コラム状で同心円状の速度構造が存在することを明らかにした。高速ビーム（−200 km s⁻¹）が、中速のコーン状構造（−100 km s⁻¹）に取り囲まれている。データは、光蒸発、星風、標準的なXウィンドモデルを除外し、中速成分の起源として、ほこりを含む磁流力学的ディスクウィンドを支持する。このウィンドは2.5年に1度の周期で噴出している。

ABSTRACT

We present SINFONI/VLT observations of the DG Tauri jet in the [FeII] lines with 0.15" angular resolution and R=3000 spectral resolution. We observe an onion-like velocity structure in [FeII] in the blueshifted jet, similar to that observed in optical lines. High-velocity gas at ~-200 km/s is collimated inside a half-opening angle of 4 degrees and medium-velocity gas at ~-100 km/s in a cone with an half-opening angle 14 degrees. Two new axial jet knots are detected in the blue jet, as well as a more distant bubble with corresponding counter-bubble. The periodic knot ejection timescale is revised downward to 2.5 yrs. The redshifted jet is detected only beyond 0.7" from the star, yielding revised constraints on the disk surface density. From comparison to [OI] data we infer iron depletion of a factor 3 at high velocities and a factor 10 at speeds below -100 km/s. The mass-fluxes in each of the medium and high-velocity components of the blueshifted lobe are ~1.6+-0.8x10^-8 Msun/yr, representing 0.02-0.2 of the disk accretion rate. The medium-velocity conical [FeII] flow in the DG Tau jet is too fast and too narrow to trace photo-evaporated matter from the disk atmosphere. Both its kinematics and collimation cannot be reproduced by the X-wind, nor can the "conical magnetospheric wind". The level of Fe gas phase depletion in the DG Tau medium-velocity component also rules out a stellar wind and a cocoon ejected sideways from the high-velocity beam. A quasi-steady centrifugal MHD disk wind ejected over 0.25-1.5 AU and/or episodic magnetic tower cavities launched from the disk appear as the most plausible origins for the medium velocity component in the DG Tau jet. The same disk wind model can also account for the properties of the high-velocity flow, although alternative origins in magnetospheric and/or stellar winds cannot be excluded for this component.

研究の動機と目的

• T Tauri星における原始星ジェットの起源を調査し、特に質量噴出とコラムレーションを駆動するメカニズムを解明すること。
• 高分解能の禁制線放射の観測を用いて、Xウィンド、光蒸発、MHDディスクウィンドといった競合するジェット発生モデルを検証すること。
• DG Tauriのジェットの運動学的特性、密度、質量フラックスを制約し、噴出メカニズムを区別すること。
• 星風やディスク大気からの捕獲物に起因するものではないことを示すために、ジェット内の鉄の欠乏パターンを検討すること。
• ジェット内の周期的構造（バブルや Knot）の噴出 timescale を特定し、降着・噴出プロセスの変動性を推定すること。

提案手法

• SINFONI/VLTを用いて、スペクトル分解能R = 3000の高解像度（0.15″）で[Fe ii] λ1.64 μmおよびλ1.53 μmの放射を取得した。
• 位置-速度図とスペクトル線フィッティングを用いて、ジェットに沿った速度構造と密度分布をマッピングした。
• [Fe ii] 1.32 μmと1.64 μm遷移の線比分析により、電子密度を導出した。
• 線輝度、密度、速度構造の3つの独立した手法を用いて、一定のジェット幾何形状を仮定して質量フラックス率を推定した。
• [Fe ii]の輝度と[O i]データを比較し、異なる速度における鉄の欠乏係数を推定した。
• Isellaら（2010）の類似解を用いて、観測された中心遮蔽を解釈し、ディスク構造を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 DG Tauriジェットの中速成分（−100 km s⁻¹）の起源は何か？ これは光蒸発や星風によって説明可能か？
• RQ2 高速ビーム（−200 km s⁻¹）がなぜ非常に強くコラムネートされているのか？ その運動学的特性はXウィンドまたは磁気圏ウィンドモデルの予測と一致するか？
• RQ3 ジェット内の周期的Knotやバブルの噴出timescaleは何か？ これは星の自転周期とどのように関係するか？
• RQ4 ジェット内の鉄の欠乏パターンは速度に応じてどのように変化するか？ これは発光ガスの起源に何を示唆するか？
• RQ5 観測されたジェットの形状と運動学的特性は、ほこりを含むMHDディスクウィンドのような単一の噴出メカニズムで説明可能か？

主な発見

• 同心円状の速度構造が観測された：高速ビーム（−200 km s⁻¹）は4°の半開口角で、中速コーン（−100 km s⁻¹）の14°半開口角に内蔵されている。
• ブルーシフト側ジェットに、2つの新しい軸対称Knotと遠方のバブル構造が検出され、噴出周期が2.5年であると再評価された。
• レッドシフト側ジェットは星から0.15″を超えた領域でのみ検出された。これは、Isellaら（2010）の類似解に類似したディスク表面密度プロファイルに一致する中心遮蔽を示している。
• −100 km s⁻¹未満の速度域では鉄の欠乏が10倍、より高い速度域では3倍であると推定され、星風やココーン噴出モデルを除外した。
• ブルーシフト側のジェットにおいて、中速および高速成分の質量フラックス率はそれぞれ ≈1.6 ± 0.8 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹ であり、ディスク降着率の0.02～0.2に相当する。
• 中速成分の運動学的特性とコラムネーションは、Xウィンド、円錐形磁気圏ウィンド、光蒸発モデルでは再現できない。代わりに、準安定的ほこりを含むMHDディスクウィンド、または周期的な磁気的タワーカビティが支持される。