[论文解读] A survey of the HCN J=1-0 hyperfine lines towards class 0 and I sources

Y. S. Park, J. Kim+1 more|ArXiv.org|Feb 25, 1999

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 12

一句话总结

本研究针对24个Class 0和I类原恒星，对HCN J=1-0的超精细跃迁进行了调查，利用辐射转移模型分析了谱线不对称性和速度位移。研究发现，HCN F=2-1谱线与CS的相关性强于与H2CO的相关性，且最光学厚度最大的HCN谱线表现出与内部运动一致的速度位移，表明HCN对原恒星动力学的敏感性高于CS；对L483源而言，采用增强密度和下落速度的改进型Shu模型比标准模型拟合效果更优。

ABSTRACT

The HCN 1-0 hyperfine lines have been observed toward 24 young stellar objects (YSOs) of class 0 and I. We examined how their line shapes and velocity shifts vary along with their relative optical depths and compared them with those of CS 2-1, H2CO 2(12)-1(11), and HCO+ 4-3 & 3-2 transitions previously observed by Mardones et al. (1997) and Gregersen et al. (1997). It is found that all these molecular species do not always exhibit the same sense of line asymmetry and the correlation of velocity shift is better between HCN and CS than between HCN and H2CO. The most opaque transition of HCN F=2-1 has about the same velocity shift as that of CS despite of the larger beam size of this study, which suggests that HCN F=2-1 line may be more sensitive to the internal motion of YSOs than CS line. Systematic changes of the velocity shift are noted for many sources, as one goes from F=0-1 to 2-1. The monotonic decrease of velocity (blue shift) is apparently more frequent. A detailed model of radiative transfer allowing line overlap of HCN is employed to L483 which shows convincing signatures of infall on a scale of 0.1 pc. It appears that the observed line is not compatible with the standard Shu (1977) model, but is fitted with augmentations of density and infall velocity, by factors of 6 and 0.5, respectively, and with an inclusion of a diffuse, static, turbulent, and geometrically thick envelope.

研究动机与目标

• 研究Class 0和I类原恒星中HCN J=1-0超精细线的行为。
• 比较本研究中HCN谱线轮廓和速度位移与先前研究中CS、H2CO和HCO+跃迁的差异。
• 评估HCN超精细组分对原恒星包层内部运动的敏感性。
• 对代表性源（L483）的HCN辐射转移进行建模，以检验其与标准下落模型的一致性。
• 确定HCN超精细线是否比其他分子示踪剂更能有效诊断原恒星动力学。

提出的方法

• 利用单镜射电望远镜对24个Class 0和I类原恒星的HCN J=1-0超精细线进行观测。
• 对比先前调查中HCN、CS、H2CO和HCO+跃迁的谱线轮廓和速度位移。
• 对L483源应用详细的辐射转移模型，包含重叠的超精细组分和多个速度成分。
• 在模型中引入弥散、静态、湍流且几何上厚重的包层，以解释观测到的谱线轮廓。
• 通过将模型参数（密度和下落速度）分别提高6倍和0.5 km/s，以改善与观测的拟合。
• 以标准Shu（1977）下落模型作为基准，与改进模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 HCN J=1-0超精细组分的谱线形状和速度位移在Class 0和I类原恒星中如何变化？
• RQ2 HCN超精细线速度位移与CS、H2CO和HCO+跃迁的速度位移之间存在何种相关性？
• RQ3 与CS相比，HCN F=2-1谱线在多大程度上反映了原恒星包层中的内部运动？
• RQ4 标准Shu（1977）下落模型能否解释L483源中观测到的HCN谱线轮廓？
• RQ5 为拟合L483源中观测到的HCN谱线，标准模型需进行何种修改（如提高密度或下落速度）？”

主要发现

• 所有分子物种并未表现出一致的谱线不对称性，表明YSO中存在多样的动力学环境。
• 最光学厚度最大的HCN F=2-1跃迁的速度位移与CS的相关性强于与H2CO的相关性，表明HCN对整体运动更敏感。
• 尽管 beam 尺寸较大，HCN F=2-1谱线的速度位移仍与CS一致，暗示HCN对原恒星内部动力学更敏感。
• 在许多源中，从F=0-1到F=2-1跃迁呈现单调的蓝移，表明速度结构存在系统性变化。
• L483源的HCN谱线轮廓与标准Shu（1977）下落模型不兼容。
• 采用6倍更高密度、0.5 km/s更高下落速度，以及弥散、湍流、几何上厚重包层的改进模型，能成功拟合观测到的HCN谱线。