[论文解读] Morphology of the $^{13}$CO(3-2) millimeter emission across the gas disc surrounding the triple protostar GG Tau A using ALMA observations

Nguyễn Thị Phương, Pham Ngoc Diep+9 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 6被引用 1

一句话总结

本研究利用ALMA的13CO(3-2)和尘埃连续谱观测，分析了三合星原恒星GG Tau A周围气体盘的形态、动力学及热结构。研究确认了在1弧秒处具有约3.1 km s⁻¹的开普勒旋转速度，对盘的标高设定了95%置信水平的上限为0.24弧秒（34 au），并发现强度变化与线宽相关，表明存在温度梯度以及靠近恒星区域的光学厚度增加。

ABSTRACT

Observations by the Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array of the dust continuum and $^{13}$CO(3-2) millimeter emissions of the triple stellar system GG Tau A are analysed, giving evidence for a rotating gas disc and a concentric and coplanar dust ring. The present work complements an earlier analysis (Tang et al. 2016) by exploring detailed properties of the gas disc. A 95% confidence level upper limit of 0.24 arcsec (34 au) is placed on the disc scale height at a distance of 1 arcsec (140 au) from the central stars. Evidence for Keplerian rotation of the gas disc is presented, the rotation velocity reaching ~3.1 kms$^{-1}$ at 1 arcsec from the central stars, and a 99% confidence level upper limit of 9% is placed on a possible in-fall velocity relative contribution. Variations of the intensity across the disc area are studied in detail and confirm the presence of a hot spot in the south-eastern quadrant. However several other significant intensity variations, in particular a depression in the northern direction, are also revealed. Variations of the intensity are found to be positively correlated to variations of the line width. Possible contributions to the measured line width are reviewed, suggesting an increase of the disc temperature and opacity with decreasing distance from the stars.

研究动机与目标

• 表征围绕三合星原恒星GG Tau A的13CO(3-2)气体盘的形态与动力学特征。
• 利用高分辨率ALMA数据确定盘的标高并评估其垂直结构。
• 研究盘中强度变化及其与线宽的相关性，以推断热结构与光学厚度结构。
• 评估旋转运动相对于吸积运动的主导性，重点关注动力学是否与开普勒运动一致。
• 探讨观测到的强度与线宽变化对潜在行星或伴星形成的意义。

提出的方法

• 利用ALMA周期1的13CO(3-2)发射线与0.9毫米尘埃连续谱数据， beam尺寸为0.37×0.31弧秒²，光谱分辨率0.11 km s⁻¹。
• 使用CASA和GILDAS软件对13CO(3-2)数据进行自校准，并对连续谱数据进行合并。
• 对连续谱发射使用高斯拟合以确定中心源与环状结构的位置，并校正自行运动。
• 绘制盘中积分强度与线宽的分布，分析方位角与径向变化。
• 利用垂直于投影盘轴方向的多普勒速度梯度，约束吸积速度与旋转速度之比。
• 评估开普勒剪切与仪器分辨率对线宽的贡献，将多余线宽归因于温度与光学厚度的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 GG Tau A周围13CO(3-2)气体盘的动力学结构如何？旋转是否主导于吸积运动？
• RQ2 在距中心恒星1弧秒（140 au）处，气体盘的垂直标高是多少？其与流体静力平衡的符合程度如何？
• RQ3 盘中强度变化与线宽之间有何相关性？这对其温度梯度与光学厚度梯度有何启示？
• RQ4 是否存在局部特征（如热点或暗斑）？这些特征是否与动力学异常或潜在行星形成特征相关？
• RQ5 观测到的线宽变化在多大程度上可由温度变化或光学厚度效应等物理过程解释？

主要发现

• 在1弧秒（140 au）处，盘标高的95%置信水平上限为0.24弧秒（34 au），与30 K盘处于流体静力平衡的模型一致。
• 确认了开普勒旋转，1弧秒处旋转速度约为3.1 km s⁻¹，且对吸积速度相对于旋转速度的贡献设定了99%置信水平上限为9%。
• 在东南象限识别出一个热点，在北部发现一个低洼区，强度变化表现出径向调制，峰值出现在r ~1.2和1.9弧秒处。
• 线宽从r = 2.3弧秒处的~0.18 km s⁻¹增加到r = 1.5弧秒处的~0.26 km s⁻¹，超出开普勒剪切与仪器分辨率贡献约0.11 km s⁻¹。
• 线宽的相对变化与强度变化呈正相关（幅度约为三分之一），支持存在温度梯度，且在更温暖、更致密的区域CO(3-2)激发度更高。
• 观测到的线宽增加最合理的解释是盘表面温度与光学厚度在较小半径处下降约2倍，至r = 1.5弧秒时分别达到约36 K与约10。