[论文解读] CO band emission from MWC349: I. First overtone bands from a disk or from a wind?

M. Kraus, E. Kruegel+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 5

一句话总结

本研究调查了B[e]型恒星MWC 349中第一泛音CO带发射的起源，分析了低分辨率和高分辨率的近红外光谱。提出了两种主要情景：具有高斯线轮廓的风中发射，或具有中心凸起遮挡近侧发射、仅允许低速发射被观测到的旋转盘中发射。最佳拟合模型表明，CO气体温度为3500–4000 K，柱密度约为~5×10²⁰ cm⁻²，动力学展宽为50–60 km/s，风模型与盘模型对数据的拟合效果相当。

ABSTRACT

We observed the near infrared emission in the wavelength range 2.28-2.50 micron from the peculiar B[e]-star MWC349. The spectra contain besides the strong IR continuum the first overtone CO bands and most of the hydrogen recombination lines of the Pfund series, both in emission. We also modeled the spectra. The Pfund lines have a gaussian profile with a FWHM of ~100 km/s, and it turned out that their emission is in LTE and optically thin. To explain the CO bands, several scenarios were investigated. We found that the CO band heads are formed under LTE and that the gas must have a temperature of 3500 to 4000 K. The width of the 2 -> 0 band head indicates kinematical broadening of 50 to 60 km/s. We can obtain fits to the measured spectra assuming that the CO gas has a column density of 5 10^{20} cm^{-2} and is located either at the inner edge of the rotating circumstellar disk. In this case, the disk must have a bulge which partly blocks the radiation so that the observer sees only a sector on the far side where the radial velocities are small. Or the CO emission originates in a wind with gaussian line profiles. Both fits are of equal quality and satisfactory. In a third alternative where the fit is less convincing, the CO emission is optically thin and comes from an extended Keplerian disk.

研究动机与目标

• 确定B[e]型恒星MWC 349中第一泛音CO带发射的起源，区分盘与风两种情景。
• 建模观测到的近红外光谱，包括CO带和Pfund系列氢复合线，以约束发射气体的物理条件。
• 评估观测到的线轮廓和带形是否与盘中的开普勒旋转一致，或更可能与风驱动的喷流一致。
• 评估几何遮蔽（如盘的凸起）在低倾角观测时对线轮廓形状的影响。
• 使用观测到的光谱特征，比较风、光学薄开普勒盘以及带中心凸起的盘等多种物理模型的拟合质量。

提出的方法

• 利用UKIRT获取了2.28–2.5 μm波段的低分辨率近红外光谱，光谱分辨率约为330 km/s，能够分辨CO带和Pfund系列线。
• 对CO 2→0和3→1带头进行高分辨率观测，以分析线轮廓和动力学展宽。
• 假设处于局部热动平衡（LTE）且光学薄条件下建模Pfund系列线，得出FWHM约为100 km/s，风速度约为50 km/s。
• 在LTE条件下评估CO带发射，推导出气体温度为3500–4000 K，柱密度约为~5×10²⁰ cm⁻²。
• 模拟具有中心凸起的旋转盘的发射，该凸起遮挡了内盘近侧的发射，仅允许远侧区域的低径向速度发射被观测到。
• 测试了其他替代模型：具有高斯线轮廓的风模型，以及具有光学薄CO发射的扩展开普勒盘模型，并将它们与观测光谱的拟合效果进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 为重现MWC 349中观测到的CO带发射，所需的物理条件（温度、柱密度、运动学）是什么？
• RQ2 观测到的CO带轮廓和线宽是否可用具有开普勒运动的旋转原行星盘来解释，还是风更合理？
• RQ3 盘凸起的几何遮蔽是否能解释尽管存在高速旋转但仍缺失高速成分的CO带轮廓？
• RQ4 观测到的Pfund系列线轮廓如何约束H II区电离气体的运动学和光学厚度？
• RQ5 在风、带凸起的盘以及扩展开普勒盘三种模型中，哪一种对观测到的近红外光谱拟合效果最佳？

主要发现

• Pfund系列线处于局部热动平衡（LTE）且光学薄，FWHM约为100 km/s，表明风速度约为50 km/s。
• CO带发射来自温度为3500–4000 K的气体，柱密度约为~5×10²⁰ cm⁻²，表现出50–60 km/s的动力学展宽。
• 具有高斯线轮廓的风模型对观测到的CO带发射提供了令人满意的拟合，与CO光学深度约为1的条件一致。
• 具有中心凸起、遮挡内盘近侧发射的盘模型提供了同样良好的拟合，解释了高速成分的缺失。
• 具有光学薄CO发射（N_CO ~ 6×10¹⁶ cm⁻²，τ ~ 10⁻⁴）的扩展开普勒盘模型拟合效果较差，因为其在开普勒旋转下的线轮廓与观测不匹配。
• 最佳拟合的盘模型要求CO位于恒星周围3 AU以内，处于尘埃蒸发半径之内，且盘必须具有凸起以解释观测到的轮廓形状。