[论文解读] Emission lines from rotating proto-stellar jets with variable velocity profiles. I. Three-dimensional numerical simulation of the non-magnetic case

A. H. Cerqueira, P. F. Velázquez+3 more|ArXiv.org|Oct 19, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用 39

一句话总结

本研究利用Yguazú-a代码进行三维流体动力学模拟，模拟了具有可变喷射速度、旋转及进动的原恒星喷流，包括周期性间歇喷射。研究发现，之前被解释为喷流旋转证据的发射线轮廓中的径向速度不对称性，同样可由进动解释，从而挑战了此类不对称性可证实磁旋离心风模型的假设。

ABSTRACT

Using the Yguazu-a three-dimensional hydrodynamic code, we have computed a set of numerical simulations of heavy, supersonic, radiatively cooling jets including variabilities in both the ejection direction (precession) and the jet velocity (intermittence). In order to investigate the effects of jet rotation on the shape of the line profiles, we also introduce an initial toroidal rotation velocity profile, in agreement with some recent observational evidence found in jets from T Tauri stars which seems to support the presence of a rotation velocity pattern inside the jet beam, near the jet production region. Since the Yguazu-a code includes an atomic/ionic network, we are able to compute the emission coefficients for several emission lines, and we generate line profiles for the H, [O I]6300, [S II]6716 and [N II]6548 lines. Using initial parameters that are suitable for the DG Tau microjet, we show that the computed radial velocity shift for the medium-velocity component of the line profile as a function of distance from the jet axis is strikingly similar for rotating and non-rotating jet models. These findings lead us to put forward some caveats on the interpretation of the observed radial velocity distribution from a few outflows from young stellar objects, and we claim that these data should not be directly used as a doubtless confirmation of the magnetocentrifugal wind acceleration models.

研究动机与目标

• 研究喷流旋转与进动如何影响原恒星喷流发射线轮廓的形态与速度结构。
• 检验在DG Tau等微喷流中观测到的径向速度不对称性是否更宜由旋转还是进动解释。
• 评估将径向速度轮廓作为磁旋离心风模型直接证据的可靠性。
• 模拟包括可变喷射速度与方向、辐射冷却及原子/离子发射线的现实喷流条件。

提出的方法

• 采用嵌入原子/离子网络的Yguazú-a三维流体动力学代码，计算Hα、[O I] λ6300、[S II] λ6716和[N II] λ6548线的发射系数。
• 模拟初始具有环向旋转速度分布、喷射方向进动及间歇性喷射速度的喷流。
• 使用与DG Tau微喷流匹配的初始参数，以确保天体物理相关性。
• 生成多个垂直于喷流轴的空间位置的合成数据立方体，包含发射线轮廓。
• 对线轮廓拟合高斯分量，并提取介质速度成分（MVC）的径向速度随距喷流轴距离的变化。
• 比较包含旋转、进动及两者兼有的模型中，喷流侧与对应喷流侧之间的模拟速度不对称性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仅进动能否产生与喷流旋转预期相似的发射线轮廓中径向速度不对称性？
• RQ2 在旋转与非旋转喷流模型中，介质速度成分的径向速度轮廓如何随距喷流轴距离变化？
• RQ3 DG Tau、RW Aur等微喷流中观测到的速度偏移是否更符合进动而非喷流本身旋转的解释？
• RQ4 进动与旋转的结合是否会产生比单一机制更大的速度不对称性？
• RQ5 在多大程度上可将观测到的径向速度模式作为磁旋离心风模型的明确证据？

主要发现

• 介质速度成分（MVC）的径向速度偏移随距喷流轴距离的变化，在旋转与非旋转喷流模型中表现极为相似。
• 仅进动即可在MVC中产生系统性的左右侧速度偏移，|ΔVrad| ≤ 20 km s⁻¹，与DG Tau及其他微喷流的观测一致。
• 进动与旋转共同作用可产生约40–80 km s⁻¹的更大偏移，与多个喷流中观测到的不对称性相符。
• 反向进动产生的速度偏移更小且更不一致，表明进动方向会影响可观测不对称性的特征。
• DG Tau、Th28、RW Aur及LkHα 321中观测到的径向速度不对称性无法唯一归因于喷流旋转，因为进动可产生相似模式。
• RW Aur中盘面旋转方向与喷流表观旋转方向相反，进一步削弱了旋转解释的合理性，提示进动或内在不对称性为更可能的替代解释。