[论文解读] HST FUV imaging of DG Tau: Fluorescent molecular hydrogen emission from the wide angle outflow

P. C. Schneider, J. Eisloêffel+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 10, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 42被引用 9

一句话总结

本研究首次利用哈勃空间望远镜对DG Tau进行远紫外（FUV）成像，揭示了宽张角、边缘增亮的喷流锥中存在荧光H₂发射，其张角约为90°，延伸至约50 AU。该发射追踪了盘风较冷、外层区域的分布，而C iv发射则局限于喷流轴线，表明喷流中存在热力学和空间结构上的差异，且未发现X射线或FUV发射相对于激波发生偏移的证据。

ABSTRACT

One of the best-studied jets from all young stellar objects is the jet of DG Tau, which we imaged in the FUV with HST for the first time. These high spatial resolution images were obtained with long-pass filters and allow us to construct images tracing mainly molecular hydrogen and C IV emission. We find that the H2 emission appears as a limb-brightened cone with additional emission close to the jet axis. The length of the rims is about 0.3 arcsec or 42 AU (proj.) before their brightness strongly drops, and the opening angle is about 90 deg. Comparing our FUV data with near-IR data we find that the fluorescent H2 emission likely traces the outer, cooler part of the disk wind while an origin of the H2 emission in the surface layers (atmosphere) of the (flared) disk is unlikely. Furthermore, the spatial shape of the H2 emission shows little variation over six years which suggests that the outer part of the disk wind is rather stable and probably not associated with the formation of individual knots. The C IV image shows that the emission is concentrated towards the jet axis. We find no indications for additional C IV emission at larger distances, which strengthens the association with the X-ray emission observed to originate within the DG Tau jet.

研究动机与目标

• 研究DG Tau喷流中远紫外（FUV）荧光分子氢（H₂）发射的空间结构及其起源。
• 基于形态和空间稳定性，判断FUV H₂发射是否起源于盘大气层或盘风。
• 将FUV H₂与C iv发射同近红外及X射线数据进行比较，以理解喷流的多温度结构。
• 评估喷流在时间上的稳定性及其与激波特异或持续风活动的关系。
• 通过比较FUV、X射线和光学示踪之间的空间偏移，明确FUV H₂发射的泵浦机制。

提出的方法

• 利用哈勃空间望远镜的STIS和ACS SBC仪器，通过长通滤光片（F140LP、F150LP、F165LP）对DG Tau进行高空间分辨率FUV成像。
• 通过组合多组滤光片和曝光时间的数据，包括G140M和G750M光栅，构建H₂和C iv发射的图像。
• 将FUV H₂形态与近红外H₂数据（如Beck et al., 2008）进行比较，评估空间结构的一致性。
• 将FUV发射与X射线结（Güdel et al., 2008, 2011）进行交叉识别，以检验其与激波的关联性及时间偏移。
• 利用光谱比值和滤光片响应函数推断发射起源，特别是区分恒星Lyα泵浦与激波诱导荧光。
• 通过比较2011年FUV数据与早期观测结果，分析时间稳定性，评估六年间的变化性。

实验结果

研究问题

• RQ1 DG Tau喷流中FUV荧光H₂发射的空间形态如何？其与近红外H₂发射相比有何异同？
• RQ2 FUV H₂发射是否起源于盘大气层，还是源于宽张角的盘风？
• RQ3 C iv发射的空间分布如何与喷流轴线及X射线结相关联？
• RQ4 FUV H₂发射是否与激波有关，还是与恒星Lyα泵浦有关？
• RQ5 观测到的FUV H₂与X射线发射之间的偏移如何解释？这是否表明存在时间延迟或不同的激波结构？

主要发现

• FUV H₂发射形成一个张角约为90°的边缘增亮喷流锥，从DG Tau向外延伸约50 AU。
• H₂发射集中在两个明亮且不对称的边缘区域，且在喷流轴线附近存在额外发射，表明喷流锥表面区域的发射增强。
• H₂发射的空间形态在六年内变化极小，表明喷流为稳定、持续的外流，而非周期性喷发形成的结。
• FUV H₂发射与盘大气层起源的假设不一致，反而追踪了盘风较冷、外层区域的分布，与扩展的盘风模型一致。
• C iv发射局限于喷流轴线，无延伸发射，表明其追踪的是被限制在中心喷流中的高温等离子体，与STIS长缝光谱结果一致。
• FUV H₂发射与X射线发射存在约6.5角秒的偏移，表明X射线等离子体可能起源于更老的激波或马赫盘，而非与FUV发射同源的前导激波。