[论文解读] The first ALMA view of IRAS 16293-2422: Direct detection of infall onto source B and high-resolution kinematics of source A

J. E. Pineda, A. Maury+10 more|Research Explorer (The University of Manchester)|Jun 22, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 37被引用 52

一句话总结

本研究首次对原恒星双星系统 IRAS 16293-2422 在高 spectral 分辨率下进行了 ALMA 科学验证观测，探测到源 B 的三条分子谱线中存在清晰的反 P-Cygni 谱型，表明其存在 0.50 km s⁻¹ 的超音速吸积，吸积速率为 4.5×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹，该结果排除了源 B 为 T Tauri 恒星的假设。对源 A 的高分辨率运动学分析显示其速度梯度约为 5.5 km s⁻¹，与围绕质量为 0.53 M☉ 的中心天体的边缘朝向旋转盘一致。

ABSTRACT

Aims: We focus on the kinematical properties of a proto-binary to study the infall and rotation of gas towards its two protostellar components. Methods: We present ALMA Science Verification observations with high-spectral resolution of IRAS 16293-2422 at 220.2 GHz. The wealth of molecular lines in this source and the very high spectral resolution offered by ALMA allow us to study the gas kinematics with unprecedented detail. Results: We present the first detection of an inverse P-Cygni profile towards source B in the three brightest lines. The line profiles are fitted with a simple two-layer model to derive an infall rate of 4.5x10^-5 Msun/yr. This infall detection would rule-out the previously suggested possibility that source B is a T Tauri star. A position velocity diagram for source A shows evidence for rotation with an axis close to the line-of-sight.

研究动机与目标

• 研究原双星系统 IRAS 16293-2422 的运动学特性，重点关注其两个原恒星组分中的吸积与旋转行为。
• 通过探测分子谱线轮廓中的吸积特征，判断源 B 是否为 T Tauri 恒星。
• 解析源 A 中的高速度梯度，并判断其是否源于盘状结构或多个组分。
• 利用 ALMA 的高谱分辨率和高灵敏度，研究早期恒星形成过程中的气体质心运动与化学特性。

提出的方法

• 在 220.2 GHz 频率下进行 ALMA 科学验证观测，采用通道宽为 61 kHz、带宽为 234.375 MHz 的谱线设置，实现高谱分辨率。
• 分析 H2CCO、CH3OCHO-A/E 及其他复杂有机分子的谱线轮廓，识别 P-Cygni 和反 P-Cygni 特征以探测吸积。
• 采用双层模型拟合源 B 的反 P-Cygni 谱型，以推导吸积速度与吸积速率。
• 沿源 A 的主轴方向构建位置-速度（PV）图，以评估旋转运动并推断盘面的取向。
• 将运动学数据与以往的干涉测量和单镜望远镜观测结果进行比较，以评估一致性并解决模糊之处。
• 利用理论声速（30 K 时为 0.32 km s⁻¹）评估吸积速度是否为超音速。

实验结果

研究问题

• RQ1 在分子谱线轮廓中，是否存在源 B 吸积的直接证据？
• RQ2 源 B 的吸积速率与速度是多少？该结果是否排除其为 T Tauri 恒星的可能性？
• RQ3 源 A 中观测到的强速度梯度由何引起？是否与旋转盘一致？
• RQ4 源 A 与源 B 的运动学特性有何差异？这些差异对它们演化状态有何启示？
• RQ5 ALMA 的高谱分辨率是否能解析出此前观测未能探测到的运动学结构？

主要发现

• 在源 B 的三条分子谱线中探测到反 P-Cygni 谱型，提供了吸积的直接证据。
• 源 B 的吸积速度为 0.50 ± 0.01 km s⁻¹，相对于 30 K 时的声速（0.32 km s⁻¹）为超音速。
• 推导出的吸积速率为 4.5×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹，与其它低质量原恒星的观测值一致。
• 吸积的探测结果排除了源 B 为 T Tauri 恒星的可能性，该假设此前曾被提出。
• 源 A 展现出约 5.5 km s⁻¹ 的速度梯度，与边缘朝向的旋转盘一致。
• 推断源 A 中心天体的质量为 0.53 M☉，高于由连续辐射测量得到的估计值，可能由于亚毫米波尘埃辐射中的光学厚度效应所致。