[论文解读] Molecular content of the circumstellar disk in AB Aur: First detection of SO in a circumstellar disk

A. Fuente, J. Cernicharo+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 28

一句话总结

本研究利用IRAM 30米望远镜EMIR接收机的高灵敏度观测，首次在赫比格Ae星AB Aur周围的原行星盘中探测到一氧化硫（SO）。该探测结果，连同HCO⁺、CN、H₂CO、CS和HCN的谱线，表明该年轻盘具有丰富的化学组成，且分子在尘埃颗粒上的冻结沉积尚未主导其化学过程，这一结论得到了化学模型的证实。

ABSTRACT

Very few molecular species have been detected in circumstellar disks surrounding young stellar objects. We are carrying out an observational study of the chemistry of circumstellar disks surrounding T Tauri and Herbig Ae stars. First results of this study are presented in this note. We used the EMIR receivers recently installed at the IRAM 30m telescope to carry a sensitive search for molecular lines in the disks surrounding AB Aur, DM Tau, and LkCa 15. We detected lines of the molecules HCO+, CN, H2CO, SO, CS, and HCN toward AB Aur. In addition, we tentatively detected DCO+ and H2S lines. The line profiles suggest that the CN, HCN, H2CO, CS and SO lines arise in the disk. This makes it the first detection of SO in a circumstellar disk. We have unsuccessfully searched for SO toward DM Tau and LkCa 15, and for c-C3H2 toward AB Aur, DM Tau, and LkCa 15. Our upper limits show that contrary to all the molecular species observed so far, SO is not as abundant in DM Tau as it is in AB Aur. Our results demonstrate that the disk associated with AB Aur is rich in molecular species. Our chemical model shows that the detection of SO is consistent with that expected from a very young disk where the molecular adsorption onto grains does not yet dominate the chemistry.

研究动机与目标

• 研究T Tauri星和赫比格Ae星周围原行星盘的分子成分，重点关注化学复杂性。
• 探测并表征原行星盘中的分子物种，特别是此前在这些环境中尚未观测到的物种。
• 通过比较AB Aur、DM Tau和LkCa 15等不同系统中的分子丰度，理解盘的化学演化过程。
• 检验SO丰度是否在极年轻盘中增强，此时尘埃表面化学尚未耗尽气相分子。
• 通过测量柱密度比和上限值，为盘化学的化学模型提供观测约束。

提出的方法

• 使用IRAM 30米望远镜的EMIR接收机，在3毫米和1毫米波段进行高灵敏度单天线观测，带宽为4 GHz。
• 采用波束调制开关技术以稳定基线，并提高对紧凑原行星盘中弱而宽的谱线的探测能力。
• 利用VESPA后端实现高 spectral 分辨率（1.3毫米波段为80 kHz，2.7毫米波段为40 kHz），以解析谱线轮廓并识别分子跃迁。
• 在AB Aur的观测中，对受周围云发射污染的通道进行空白处理，以避免源跟踪过程中的基线混淆。
• 采用Schreyer等人（2008）的盘参数和Agúndez等人（2008）更新的化学网络进行化学建模，模拟随时间演化的分子丰度。
• 从谱线强度计算柱密度和丰度比（如[SO]/[HCO⁺]、[CS]/[SO]），并与观测上限进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 SO是否可在原行星盘中被探测到？若能，其存在对盘的年龄和化学状态有何含义？
• RQ2 AB Aur盘中的分子丰度与DM Tau和LkCa 15相比如何，特别是SO和c-C₃H₂的丰度？
• RQ3 AB Aur中观测到的SO丰度是否与化学模型一致，即在年轻盘中尘埃表面吸附尚未主导化学过程？
• RQ4 为何[CN]/[HCN]比值在不同盘中相似，而[CS]/[SO]和[H₂CO]/[HCO⁺]比值却显著不同？
• RQ5 AB Aur中SO的疑似探测是否可用于推断其氘化程度与TW Hydrae等其他盘相当？

主要发现

• 在AB Aur的原行星盘中于138.178 GHz（J=3₄→2₃）处探测到SO，这是首次在原行星盘中明确探测到SO。
• CN、HCN、H₂CO、CS和SO的谱线轮廓与来自盘的发射一致，而非来自周围云或包层。
• DM Tau中SO的上限显著低于AB Aur，表明SO在DM Tau中相对AB Aur丰度不足。
• 在AB Aur、DM Tau和LkCa 15方向均未探测到c-C₃H₂；[c-C₃H₂]/[HCO⁺]的上限与光致离解区中观测到的值一致。
• AB Aur中DCO⁺的疑似探测表明[DCO⁺]/[HCO⁺]比值约为0.03，与TW Hydrae中观测到的值相似。
• 化学建模证实，AB Aur中SO的高丰度与一个约250万年（~2.5 Myr）的年轻盘一致，此时尘埃表面吸附尚未抑制气相化学。