[논문 리뷰] Sub-arcsecond [FeII] spectro-imaging of the DG Tau jet: Periodic bubbles and a dusty disk wind?

V. Agra-Amboage, C. Dougados외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 06. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 56인용 수 54

한 줄 요약

이 연구는 DG Tauri의 분출에서 고속 비트(−200 km s⁻¹)가 넓은 중간 속도 콘(−100 km s⁻¹) 내부에 포함된 콘드로이드형 속도 구조를 sub-arcsecond [Fe ii] 스펙트로-이미징을 통해 규명하였다. 데이터는 광화학적 기화, 항성 바람, 표준 X-바람 모델을 배제하고, 중간 속도 성분의 기원으로 먼지가 포함된 자기유체역학적 디스크 바람을 지지하며, 약 2.5년 간격으로 반복적인 분출이 발생함을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• T Tauri 항성에서 원형성 분출의 기원을 조사하고, 질량 분출과 콘드로이드화를 이끄는 메커니즘을 규명한다.
• 금지선 방출의 고해상도 관측을 통해 X-바람, 광화학적 기화, MHD 디스크 바람 등의 경쟁 모델을 시험한다.
• DG Tauri 분출의 운동학, 밀도, 질량 유량을 제약하여 분출 메커니즘을 구분한다.
• 디스크 대기에서 끌려온 물질이나 항성 바람을 포함한 기원을 배제하기 위해 분출 내 철의 빈도 패턴을 검토한다.
• 분출 내 주기적인 구조(기포 및 고리)의 분출 timescale을 결정하여, 질량 축적-분출 과정의 변동성과의 연관성을 추론한다.

제안 방법

• SINFONI/VLT를 사용하여 [Fe ii] λ1.64 μm 및 λ1.53 μm 방출의 고각해상도(0.15″) 스펙트로-이미징을 획득하였으며, 스펙트럼 해상도는 R = 3000이다.
• 위치-속도도 및 스펙트럼 선 피팅을 통해 분출의 속도 구조와 밀도 분포를 매핑하였다.
• [Fe ii] 1.32 μm 및 1.64 μm 전이의 선비율 분 析를 통해 전자 밀도를 유도하였다.
• 일정한 분출 기하학을 가정하여, 선 유량, 밀도, 속도 구조를 이용한 세 가지 독립적인 방법으로 질량 유량률을 추정하였다.
• [Fe ii] 강도를 [O i] 데이터와 비교하여, 다양한 속도에서 철 빈도 요인을 추론하였다.
• Isella 등(2010)의 유사해결 해법을 사용하여 관측된 중심 음영을 해석하고 디스크 구조를 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 DG Tauri 분출의 중간 속도 성분(−100 km s⁻¹)의 기원은 무엇이며, 광화학적 기화나 항성 바람으로 설명될 수 있는가?
• RQ2 고속 비트(−200 km s⁻¹)는 왜 매우 좁은 콘형으로 콘드로이드화되어 있으며, 그 운동학은 X-바람 또는 자기권 바람 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ3 분출 내 주기적인 고리 및 기포의 분출 timescale은 얼마이며, 항성 자전 주기와의 관계는 어떠한가?
• RQ4 분출 내 철 빈도 패턴은 속도에 따라 어떻게 변화하며, 이는 분출 기체 기원에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 관측된 분출 형태와 운동학은 먼지가 포함된 MHD 디스크 바람과 같은 단일 분출 메커니즘으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 콘드로이드형 속도 구조가 관측됨: 반경 4°의 반개구각을 가진 고속 비트(−200 km s⁻¹)가 반경 14°의 반개구각을 가진 중간 속도 콘(−100 km s⁻¹) 내부에 포함되어 있음.
• 청색 이동 분출 내에서 새로운 축방향 고리 두 개와 먼지 기포 구조가 검출되어, 분출 주기의 재평가된 timescale이 약 2.5년임을 시사함.
• 적색 이동 분출은 항성으로부터 0.15″ 이상에서만 관측되며, 이는 Isella 등(2010)의 유사해결 해법과 유사한 디스크 표면 밀도 프로파일과 일치하는 중심 음영을 반영함.
• −100 km s⁻¹ 이하 속도에서 철 빈도는 약 10배, 높은 속도에서는 약 3배로 추정되어 항성 바람 및 코코너 분출 모델을 배제함.
• 청색 이동 빔 내 중간 및 고속 성분의 질량 유량률은 각각 ≈1.6 ± 0.8 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹이며, 이는 디스크 질량 축적률의 약 0.02–0.2에 해당함.
• 중간 속도 성분의 운동학과 콘드로이드화는 X-바람, 콘형 자기권 바람, 광화학적 기화 모델로 재현되지 않으며, 준정적인 먼지가 포함된 MHD 디스크 바람 또는 주기적인 자기탑 구조의 기원을 지지함.