[论文解读] Outflow Structure and Velocity Field of Orion Source I: ALMA Imaging of SiO Isotopologue Maser and Thermal Emission

Florian Niederhofer, E. M. L. Humphreys+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 25被引用 10

一句话总结

本研究利用ALMA科学验证数据对猎户座BN/KL区域中的SiO同位素进行成像，揭示了源自Source I的复杂双极喷流，延伸范围达5,000 AU。研究首次提供了214 GHz高频（v=1 J=5-4跃迁）SiO脉泽发射的证据，追踪了内区喷流区域（<100 AU），并为未来在大质量原恒星对象中开展盘-喷流动力学的高分辨率研究奠定了基础。

ABSTRACT

Using Science Verification data from the Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), we have identified and imaged five rotational transitions (J=5-4 and J=6-5) of the three silicon monoxide isotopologues 28SiO v=0, 1, 2 and 29SiO v=0 and 28Si18O v=0 in the frequency range from 214 to 246 GHz towards the Orion BN/KL region. The emission of the ground-state 28SiO, 29SiO and 28Si18O shows an extended bipolar shape in the northeast-southwest direction at the position of Radio Source I, indicating that these isotopologues trace an outflow (~18 km/s, P.A. ~50deg, ~5000 AU in diameter) that is driven by this embedded high-mass young stellar object (YSO). Whereas on small scales (10-1000 AU) the outflow from Source I has a well-ordered spatial and velocity structure, as probed by Very Long Baseline Interferometry (VLBI) imaging of SiO masers, the large scales (500-5000 AU) probed by thermal SiO with ALMA reveal a complex structure and velocity field, most likely related to the effects of the environment of the BN/KL region on the outflow emanating from Source I. The emission of the vibrationally-excited species peaks at the position of Source I. This emission is compact and not resolved at an angular resolution of ~1.5" (~600 AU at a distance of 420 pc). 2-D Gaussian fitting to individual velocity channels locates emission peaks within radii of 100 AU, i.e. they trace the innermost part of the outflow. A narrow spectral profile and spatial distribution of the v=1 J=5-4 line similar to the masing v=1 J=1-0 transition, provide evidence for the most highly rotationally excited (frequency &gt; 200 GHz) SiO maser emission associated with Source I known to date. The maser emission will enable studies of the Source I disk-outflow interface with future ALMA longest baselines.

研究动机与目标

• 利用ALMA对SiO同位素的观测，绘制猎户座Source I大尺度喷流结构与速度场。
• 区分振动激发态SiO跃迁中的热辐射与脉泽发射。
• 研究超过1,000 AU的喷流动力学复杂性，此时简单准直模型不再适用。
• 确定v=1 J=5-4 SiO发射的性质，并评估其作为高频脉泽示踪剂的潜力。
• 约束环境相互作用在大尺度上对Source I喷流形态的影响。

提出的方法

• 使用214–246 GHz频段的ALMA科学验证数据，观测28SiO、29SiO和28Si18O同位素的五个转动能级跃迁。
• 对速度通道应用二维高斯拟合，以定位发射峰值并实现<100 AU分辨率的空间结构成图。
• 利用流量、波长和波束立体角计算亮度温度（Tb），以区分热辐射与脉泽发射。
• 将谱线轮廓与空间分布与已知的VLBI脉泽数据进行比较，以评估脉泽行为。
• 分析系统速度与线轮廓不对称性，以排除大尺度上的速度梯度或旋转效应。
• 考虑并排除了13CH3CN污染作为29SiO中高veselity特征的来源。

实验结果

研究问题

• RQ1 28SiO的v=1 J=5-4跃迁在200 GHz以上频率是否表现出脉泽特性？
• RQ2 在500–5,000 AU尺度上，SiO喷流的空间与速度结构如何？
• RQ3 moment 1图中观测到的蓝-红不对称性是否真实存在，还是污染或波束效应的产物？
• RQ4 29SiO发射是否可归因于热辐射，还是存在部分脉泽增益？
• RQ5 BN/KL区域中的环境相互作用如何影响Source I喷流的形态与运动学？

主要发现

• 基态28SiO与29SiO跃迁显示出延伸至约5,000 AU的双极喷流，位置角约为50°，与宽角、慢速（18 km s⁻¹）喷流一致。
• v=1 J=5-4 28SiO发射在约1.5''波束尺寸（~600 AU）下呈未分辨状态，表明其来自Source I周围100 AU以内的区域。
• v=1 J=5-4 28SiO发射具有狭窄线宽（<3.5 km s⁻¹）且空间分布与已知的masing J=1-0 v=1跃迁高度一致，首次提供了高频SiO脉泽（>200 GHz）存在的证据。
• v=1 J=5-4 28SiO的亮度温度估计值超过580 K，支持脉泽发射；而v=0跃迁的Tb较低（~50–100 K），表明为热辐射。
• 29SiO中观测到的高veselity特征被归因于13CH3CN污染，而非喷流本身的动力学特征，排除了大尺度速度梯度或旋转的可能。
• 29SiO发射比28SiO更亮，提示可能存在脉泽贡献，尽管热辐射仍是主要成分。