[论文解读] ALMA discovery of a rotating SO/SO$_2$ flow in HH212. A possible MHD disk wind?

Benoît Tabone, S. Cabrit+8 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Oct 3, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 23被引用 29

一句话总结

本文基于ALMA周期4觀測，揭示HH212中存在一束在~60 au解析度下的旋轉SO/SO₂噴流，被解讀為源自0.05–40 au半徑區的磁流體動力學（MHD）盤風。該風的旋轉特徵比軸向SiO噴流更慢且更寬廣，顯示其具有中等力臂（λ ≤ 5），暗示此類風將核心到恆星的質量轉化效率限制在≤50%，並可能解釋低質量原恆星中寬廣H₂O譜線成分的來源。

ABSTRACT

We wish to constrain the possible contribution of a magnetohydrodynamic disk wind (DW) to the HH212 molecular jet. We mapped the flow base with ALMA Cycle 4 at 0.13"$\sim$ 60 au resolution and compared these observations with synthetic DW predictions. We identified, in SO/SO$_2$, a rotating flow that is wider and slower than the axial SiO jet. The broad outflow cavity seen in C$^{34}$S is not carved by a fast wide-angle wind but by this slower agent. Rotation signatures may be fitted by a DW of a moderate lever arm launched out to $\sim$ 40 au with SiO tracing dust-free streamlines from 0.05-0.3 au. Such a DW could limit the core-to-star efficiency to $\leq$50%.

研究动机与目标

• 約束磁流體動力學（MHD）盤風（DWs）在HH212中原恆星吸積期間提取角動量的角色。
• 研究觀測到的噴流腔是否由快速寬角風或較慢的旋轉組分所形成。
• 透過將ALMA觀測與合成DW模型比較，確定DW的發射半徑與磁力臂（λ）。
• 評估此類DW對核心到恆星質量效率的影響，以及其對低質量原恆星中寬廣H₂O譜線成分的來源之意義。
• 評估理想化自相似MHD模型在再現觀測到的運動學與腔體形態方面的限制。

提出的方法

• 針對HH212進行高解析度ALMA周期4觀測，解析度約為~60 au（0.13” beam），目標為SO₂（334.67 GHz）、SO（346.53 GHz）、SiO（347.33 GHz）、C₃⁴S（337.40 GHz）與C¹⁷O（337.06 GHz）譜線，譜線解析度為0.1–0.44 km s⁻¹。
• 使用CASA進行校準與成像，C₃⁴S採用自然加權，其他譜線則使用R=0.5穩健權重，以平衡靈敏度與解析度。
• 分析SO與SO₂的位置-速度（PV）圖以檢測旋轉特徵，並與合成MHD盤風模型比較。
• 將觀測到的速度梯度擬合至具有不同發射半徑與磁力臂（λ）的自相似、穩態MHD DW模型，假設為磁-離心加速機制。
• 建模極向磁場面與環向場強度比（Bφ/Bp），以預測塵埃偏振圖案，測試螺旋狀磁場結構的存在。
• 評估來自周圍吸積包層與腔體壁面的壓力約束對流線的影響，注意到在離心障與赤道附近與自相似模型的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 HH212中的噴流腔是由快速寬角風還是較慢的旋轉組分所形成？
• RQ2 觀測到的旋轉SO/SO₂流動的發射半徑範圍與磁力臂（λ）為何？其是否符合MHD盤風理論？
• RQ3 觀測到的SO/SO₂旋轉是否可由穩態、自相似的MHD盤風模型解釋？
• RQ4 若此DW提取了大部分吸積角動量，其對核心到恆星的質量效率有何影響？
• RQ5 腔體與包層的壓力效應如何改變DW流線的形態與動力學，相較於理想化模型？

主要发现

• 檢測到一束旋轉SO/SO₂噴流，平均速度約為~30 km s⁻¹，具有類似洋蔥的結構，從中心源向外延伸至~40 au。
• SO/SO₂中的旋轉特徵與C¹⁷O旋轉包層及軸向SiO噴流的旋轉方向相同，顯示噴流物質與中心系統共旋。
• 噴流腔並非由快速寬角風形成，而是由來自0.05–40 au半徑區的較慢旋轉組分所塑造，其中SiO追蹤來自0.05–0.3 au的無塵埃流線。
• 磁力臂（λ）被約束於λ ≤ 5，顯著小於DG Tau系統，暗示此風更緊湊或磁化程度較低。
• 若此DW提取了大部分吸積角動量，將會將約50%的吸積物質噴出，使核心到恆星的質量效率限制在≤50%。
• 由於投影與幾何效應，觀測到的旋轉梯度低估了真正的最外層發射半徑，此系統性偏差可能影響先前的DW研究。