[论文解读] APEX-CHAMP+ high-J CO observations of low-mass young stellar objects: IV. Mechanical and radiative feedback

U. A. Yíldíz, L. E. Kristensen+15 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 14, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 78被引用 27

一句话总结

本研究利用 APEX-CHAMP+ 的高-J CO (6–5) 和 JCMT-HARP-B 的 3–2 线观测，分析了 26 个低质量原恒星的机械反馈与辐射反馈。研究发现，即使在光度相近的情况下，Class 0 源的喷流作用力仍高于 Class I 源，且在 3000 AU 内，紫外加温气体的质量超过喷流质量，表明在小尺度上辐射反馈与机械喷流相比同样重要或更为重要。

ABSTRACT

During the embedded stage of star formation, bipolar molecular outflows and UV radiation from the protostar are important feedback processes. Our aim is to quantify the feedback, mechanical and radiative, for a large sample of low-mass sources. The outflow activity is compared to radiative feedback in the form of UV heating by the accreting protostar to search for correlations and evolutionary trends. Large-scale maps of 26 young stellar objects, which are part of the Herschel WISH key program are obtained using the CHAMP+ instrument on the APEX (12CO and 13CO 6-5), and the HARP-B instrument on the JCMT (12CO and 13CO 3-2). Maps are used to determine outflow parameters and envelope models are used to quantify the amount of UV-heated gas and its temperature from 13CO 6-5 observations. All sources in our sample show outflow activity and the outflow force, F_CO, is larger for Class 0 sources than for Class I sources, even if their luminosities are comparable. The outflowing gas typically extends to much greater distances than the power-law envelope and therefore influences the surrounding cloud material directly. Comparison of the CO 6-5 results with Herschel-HIFI H2O and PACS high-J CO lines, both tracing currently shocked gas, shows that the two components are linked, even though the transitions do not probe the same gas. The link does not extend down to CO 3-2. The conclusion is that CO 6-5 depends on the shock characteristics (density and velocity), whereas CO 3-2 is more sensitive to conditions in the surrounding environment (density). The radiative feedback is responsible for increasing the gas temperature by a factor of two, up to 30-50 K, on scales of a few thousand AU, particularly along the direction of the outflow. The mass of the UV heated gas exceeds the mass contained in the entrained outflow in the inner ~3000 AU and is therefore at least as important on small scales.

研究动机与目标

• 在低质量原恒星（YSOs）的演化阶段中，对机械反馈与辐射反馈进行一致且大规模的量化。
• 通过比较喷流作用力与吸积驱动的反馈机制，解决低质量恒星形成中的光度问题。
• 研究深度嵌入的原恒星中喷流活动（机械反馈）与紫外加温（辐射反馈）之间的相关性。
• 确定喷流作用力是否与高-J CO、H2O 和 13CO 6–5 发射相关，以区分冲击相关与环境敏感的示踪剂。
• 评估紫外加温气体的空间范围与质量，并与喷流质量比较，以评估辐射反馈与机械反馈的相对重要性。

提出的方法

• 利用 APEX-CHAMP+ 获得 26 个低质量 YSO 中高激发气体的高空间分辨率（9 角秒 beam）12CO 和 13CO 6–5 图像。
• 与 JCMT-HARP-B 的 12CO 和 13CO 3–2 数据进行比较，以评估低-J 与高-J 跃迁之间的灵敏度差异。
• 通过 CO 6–5 线翼测量量化喷流作用力（F_CO），以评估机械反馈的强度与演化趋势。
• 利用 13CO 6–5 辐射转移建模，分离紫外加温气体组分，并估算其温度与质量。
• 将 CO 6–5 喷流特性与 Herschel-HIFI H2O 及 PACS 高-J CO 数据相关联，以连接喷流活动与当前冲击激发。
• 从 13CO 6–5 图像中减去包层发射，以分离出由紫外加热引起的过量发射，尤其在喷流空腔方向。

实验结果

研究问题

• RQ1 喷流作用力（F_CO）在 Class 0 与 Class I YSO 之间如何变化？其是否与总辐射光度相关？
• RQ2 CO 6–5 喷流特性是否与高-J CO 或 H2O 线发射相关，表明存在共同的物理驱动力？
• RQ3 在质量和空间范围上，辐射反馈（紫外加温）与机械反馈（喷流）相比，其重要性如何？
• RQ4 在内 3000 AU 范围内，紫外加温气体质量是否超过被卷带的喷流气体质量？
• RQ5 CO 6–5 与 CO 3–2 对冲击条件与周围环境的敏感性有何不同？

主要发现

• 所有 26 个源均表现出大尺度喷流活动，其空间范围从 Class 0 到 Class I 源逐渐减小。
• 即使在总辐射光度相近的情况下，Class 0 源的喷流作用力（F_CO）仍高于 Class I 源。
• 在内约 3000 AU 范围内，13CO 6–5 发射中紫外加温气体的质量超过被卷带的喷流气体质量，表明在小尺度上辐射反馈至少与机械反馈同等重要。
• 在数千 AU 尺度上，紫外加温使气体温度提高约两倍（达 30–50 K），主要沿喷流方向。
• CO 6–5 发射与 HIFI H2O 及 PACS 高-J CO 线相关，表明其追踪当前的冲击活动；而 CO 3–2 的相关性较弱，表明其对周围环境更敏感，而非对冲击条件。
• 在 1000–2000 AU 尺度上，13CO 6–5 的过量发射归因于吸积产生的紫外光子通过喷流空腔逃逸，且其与从 Class 0 到 Class I 的演化阶段关系不强。