[论文解读] ALMA CO J=6-5 observations of IRAS16293-2422: Shocks and entrainment

L. E. Kristensen, Pamela Klaassen+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 7, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 22被引用 16

一句话总结

ALMA Band 9 对 IRAS16293–2422 中 CO J=6–5 的观测显示，原恒星 A 的蓝移弓形激波在天球面上与原恒星 B 重叠，表明在大于 100 AU 的尺度上存在激波拖曳作用，且 B 目前并无喷流活动。高分辨率数据表明，激波特性集中在热点区域，且高速线翼成分优先被恢复，证实源 A 驱动激波，而源 B 尽管存在吸积，但处于静止状态。

ABSTRACT

Observations of higher-excited transitions of abundant molecules such as CO are important for determining where energy in the form of shocks is fed back into the parental envelope of forming stars. The nearby prototypical and protobinary low-mass hot core, IRAS16293-2422 (I16293) is ideal for such a study. The source was targeted with ALMA for science verification purposes in band 9, which includes CO J=6-5 (E_up/k_B ~ 116 K), at an unprecedented spatial resolution (~0.2", 25 AU). I16293 itself is composed of two sources, A and B, with a projected distance of 5". CO J=6-5 emission is detected throughout the region, particularly in small, arcsecond-sized hotspots, where the outflow interacts with the envelope. The observations only recover a fraction of the emission in the line wings when compared to data from single-dish telescopes, with a higher fraction of emission recovered at higher velocities. The very high angular resolution of these new data reveal that a bow shock from source A coincides, in the plane of the sky, with the position of source B. Source B, on the other hand, does not show current outflow activity. In this region, outflow entrainment takes place over large spatial scales, >~ 100 AU, and in small discrete knots. This unique dataset shows that the combination of a high-temperature tracer (e.g., CO J=6-5) and very high angular resolution observations is crucial for interpreting the structure of the warm inner environment of low-mass protostars.

研究动机与目标

• 利用高光谱和高空间分辨率的 CO J=6–5 观测，研究低质量原恒星系统 IRAS16293–2422 中高速分子发射的起源。
• 确定源 B 是否当前正在驱动激波，或激波特性是否源于源 A 喷流的相互作用。
• 评估高温示踪剂和干涉测量分辨率在解析原恒星包层中小尺度激波特构中的作用。
• 厘清喷流、激波与两个原恒星组分 A 和 B 之间的运动学和形态学关系。
• 评估原恒星系统内 100 AU 以内喷流拖曳的范围和性质。

提出的方法

• 在 690 GHz 的 ALMA Band 9 进行观测，使用 15 根天线，基线长度为 26 至 402 米，空间分辨率约为 0.2 角秒（25 AU）。
• 采用七点拼接模式覆盖扩展发射区域，数据处理生成矩图和位置-速度（PV）图。
• 在速度通道中分析 CO J=6–5 发射，并对蓝移和红移线翼进行积分，以分离高速激波特性成分。
• 与单镜望远镜观测进行比较，评估通量恢复情况，特别是线翼部分。
• 通过发射峰和速度梯度的形态与运动学分析，推断激波特构的起源。
• 通过喷流动力学和进动 timescale 的理论建模，评估双星驱动喷流进动的合理性。

实验结果

研究问题

• RQ1 IRAS16293–2422 中的高速 CO J=6–5 发射主要由源 A 还是源 B 驱动？
• RQ2 靠近源 B 观测到的弓形激波结构是否源于源 A 的喷流，且是否与喷流驱动的激波一致？
• RQ3 喷流拖曳在内包层中的空间范围如何？是在大尺度（>100 AU）上发生，还是以离散团块形式出现？
• RQ4 为何 ALMA 干涉测量数据与单镜望远镜观测在通量恢复上存在差异，特别是在线翼部分？
• RQ5 源 B 当前是否处于吸积或喷流活动状态，还是其观测发射源于外部激波激发？

主要发现

• 在 CO J=6–5 发射中检测到多个小尺度、角秒级的热点，对应于源 A 喷流与包层的相互作用。
• 干涉仪对高速线翼的发射恢复比例高于线心部分，表明对激波气体的检测具有优先性。
• 源 A 的蓝移弓形激波在天球面上与源 B 空间重合，表明该激波并非由源 B 驱动。
• 尽管存在吸积特征，源 B 当前无喷流活动，且在当前观测时期未处于主动吸积状态。
• 弓形激波的动力学年龄估计不超过 300 年，暗示源 A 喷流存在快速进动或变异性。
• 轨道周期约为 165 年的双星系统 A1–A2 是喷流进动的合理驱动源，可解释观测到的激波特构不对称性。