[논문 리뷰] HST FUV imaging of DG Tau: Fluorescent molecular hydrogen emission from the wide angle outflow

P. C. Schneider, J. Eisloêffel외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 42인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 DG Tau의 처음으로 허블 우주望遠鏡의 근자외선(FUV) 영상 분석을 통해, 약 90°의 개구각을 가진 넓은 각도의 가장자리가 밝은 분출 콘에서 발생하는 형광 H₂ 발광을 규명하였다. 이 발광은 약 50 AU까지 연장되며, 디스크 풍의 더 차가운 외곽부를 추적한다. 반면 C iv 발광은 제트 축에 국한되어 있어, 분출 내에서 열적 및 공간적 구조가 다름을 시사하며, 충격에 의한 X선/자외선 발광의 이격에 대한 증거는 없음.

ABSTRACT

One of the best-studied jets from all young stellar objects is the jet of DG Tau, which we imaged in the FUV with HST for the first time. These high spatial resolution images were obtained with long-pass filters and allow us to construct images tracing mainly molecular hydrogen and C IV emission. We find that the H2 emission appears as a limb-brightened cone with additional emission close to the jet axis. The length of the rims is about 0.3 arcsec or 42 AU (proj.) before their brightness strongly drops, and the opening angle is about 90 deg. Comparing our FUV data with near-IR data we find that the fluorescent H2 emission likely traces the outer, cooler part of the disk wind while an origin of the H2 emission in the surface layers (atmosphere) of the (flared) disk is unlikely. Furthermore, the spatial shape of the H2 emission shows little variation over six years which suggests that the outer part of the disk wind is rather stable and probably not associated with the formation of individual knots. The C IV image shows that the emission is concentrated towards the jet axis. We find no indications for additional C IV emission at larger distances, which strengthens the association with the X-ray emission observed to originate within the DG Tau jet.

연구 동기 및 목표

• DG Tau의 분출에서 근자외선(FUV) 영역에서 형광 분자 수소(H₂) 발광의 공간적 구조와 기원을 조사하기 위해.
• 형태학적 및 공간적 안정성에 기반하여 FUV H₂ 발광이 디스크 대기에서 발생하는지 디스크 풍에서 발생하는지를 판단하기 위해.
• 근적외선 및 X선 데이터와의 비교를 통해 제트의 다온도 구조를 이해하기 위해 FUV H₂ 및 C iv 발광을 분석하기 위해.
• 분출의 시간적 안정성과 충격 고리 또는 연속적인 풍 활동과의 관계를 평가하기 위해.
• FUV H₂ 발광의 펌프 메커니즘을 규명하기 위해 FUV, X선, 옵티컬 추적자 간의 공간적 이격을 비교하기 위해.

제안 방법

• 장기 통과 필터(F140LP, F150LP, F165LP)를 사용한 허블 우주望遠鏡의 STIS 및 ACS SBC 기구를 이용한 DG Tau의 고해상도 FUV 영상 촬영.
• 다양한 필터와 노출 시간의 데이터를 조합하여 H₂ 및 C iv 발광을 추적하는 영상 제작. G140M 및 G750M 격자도 포함.
• 근적외선 H₂ 데이터(e.g., Beck et al., 2008)와의 비교를 통해 공간적 구조의 일관성 평가.
• X선 고리(Güdel et al., 2008, 2011)와의 교차 식별을 통해 충격 연관성과 시간적 이격 검증.
• 스펙트럼 비율 및 필터 반응을 활용하여 발광 기원을 추론하며, 특히 항성 Lyα 펌프와 충격 유도 형광을 구분하기 위해.
• 2011년의 FUV 데이터를 이전 관측과 비교하여 시간적 안정성 분 析을 통해 6년 간의 변동성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DG Tau의 분출에서 근자외선(FUV) 영역의 형광 H₂ 발광의 공간 형태는 어떻게 되며, 근적외선 H₂ 발광과 어떻게 비교되는가?
• RQ2 FUV H₂ 발광은 디스크 대기에서 기인하는가, 아니면 넓은 개구각을 가진 디스크 풍에서 기인하는가?
• RQ3 C iv 발광의 공간 분포는 제트 축과 X선 고리와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 FUV H₂ 발광은 충격과 연관되어 있는가, 아니면 항성 Lyα 펌프에 의해 유도된 것인가?
• RQ5 관측된 FUV H₂와 X선 발광 간의 이격은 무엇을 설명하는가? 시간 지연인지, 다른 충격 구조를 의미하는가?

주요 결과

• FUV H₂ 발광은 약 90°의 개구각을 가진 가장자리가 밝은 콘을 형성하며, DG Tau에서 약 50 AU의 반경까지 연장된다.
• H₂ 발광은 두 개의 뚜렷하고 비대칭적인 리姆에 집중되어 있으며, 제트 축 근처에도 추가적인 발광이 관측되어 분출 콘 표면에서 강화된 발광을 나타낸다.
• H₂ 발광의 공간 형태는 6년 간 거의 변화가 없어, 일시적인 고리 형성보다는 안정적이고 연속적인 분출임을 시사한다.
• FUV H₂ 발광은 디스크 대기에서 기인한다는 데 일치하지 않으며, 오히려 확장된 디스크 풍 모델에 의해 지지되는 더 차가운 외곽부를 추적한다.
• C iv 발광은 제트 축에 국한되어 있으며 확산된 발광이 없어, 더 뜨거운 플라즈마가 중심 분출에 국한되어 있음을 나타내며, STIS 장선 스펙트럼과 일치한다.
• FUV H₂ 발광은 X선 발광으로부터 약 6.5 arcsecond 이격되어 있어, X선 플라즈마가 더 오래된 충격 또는 맥스 디스크에서 기인할 수 있으며, FUV 발광과 같은 전방 충격이 아니라는 것을 시사한다.