[论文解读] Outflows, infall and evolution of a sample of embedded low-mass protostars. The William Herschel Line Legacy (WILL) survey

J. C. Mottram, E. F. van Dishoeck+23 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 17, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 149被引用 25

一句话总结

本研究利用赫歇尔空间望远镜和地面望远镜对49个附近（d < 500 pc）的低质量嵌入型原恒星进行H₂O、CO及相关物种的观测，分析其喷流、吸积及演化特性。研究发现，水辐射主要追踪喷流中的激波，而非包层中的吸积气流；从Class 0到Class I阶段，喷流动量通量和相对于包层的质量分数基本保持不变，表明核心到恒星的质量转化效率约为50%，喷流活动的占空比约为5%。

ABSTRACT

[Abridged] We present spectroscopic observations in H$_{2}$O, CO and related species with extit{Herschel} HIFI and PACS, as well as ground-based follow-up with the JCMT and APEX in CO, HCO$^{+}$ and isotopologues, of a sample of 49 nearby ($d

研究动机与目标

• 利用水和高J CO的高分辨率光谱，研究原恒星喷流中的物理与化学条件。
• 确定从Class 0到Class I原恒星阶段，喷流特性、包层质量和吸积速率的演化规律。
• 评估激波作用与动量捕获效率在驱动喷流中的角色，及其与总辐射光度和包层质量的关联。
• 检验在单镜面HCO⁺和H₂O观测中，吸积信号的可探测性在样本中的表现。
• 基于统计稳健的通量限制样本，量化喷流动量通量、吸积速率与演化阶段之间的关系。

提出的方法

• 对来自斯皮itzer和赫歇尔光度巡天筛选的49个附近（d < 500 pc）原恒星候选体，利用赫歇尔HIFI和PACS对H₂O、CO及相关物种进行光谱观测。
• 通过JCMT和APEX进行地面后续观测，测量低J跃迁的CO、HCO⁺及同位素体。
• 从近红外到亚毫米波段编纂谱谱能分布（SED），以推导总辐射光度（L_bol）、总辐射温度（T_bol）和包层质量（M_env）。
• 通过低J CO线轮廓测量喷流动量通量，并推导质量喷流率（M_out）和动量通量（F_CO），以评估动量捕获效率。
• 利用[O i]和H₂O的光度探测吸积活动与激波特性的关联，比较其与L_bol和M_env的相关性。
• 通过线轮廓不对称性及HCO⁺和H₂O的蓝/红不对称性评估吸积信号，评估单镜面数据中的探测极限。

实验结果

研究问题

• RQ1 从Class 0到Class I原恒星，喷流特性（如动量通量和质量通量）如何演化？
• RQ2 激波（由H₂O示踪）与被拖曳的分子气体（由低J CO示踪）在喷流中各自贡献如何？
• RQ3 [O i]、H₂O与低J CO的光度如何与总辐射光度和包层质量相关？这些相关性揭示了吸积与激波特性的何种信息？
• RQ4 在大规模通量限制样本中，单镜面观测中HCO⁺和H₂O的吸积信号在多大程度上可被探测到？
• RQ5 基于F_CO / M_acc比值与观测线轮廓，喷流动量捕获效率与喷流启动半径的推断为何？

主要发现

• 水辐射主要与喷流中的激波相关，而非由低J CO示踪的较冷、较慢的拖曳气体；其光度与包层质量的相关性强于与总辐射光度的相关性。
• 通过低J CO测量的喷流动量通量随演化阶段从Class 0到Class I而减小，表明喷流动力学活动减弱。
• 喷流质量与包层质量之比（M_out / M_env）在Class 0和Class I源中均保持约1%的中值，基本恒定，与约50%的核心到恒星质量转化效率及约5%的喷流占空比一致。
• 动量捕获效率（以F_CO / M_acc比值量化）在所有源和演化阶段中保持不变，其中中值暗示喷流启动速度约为6.3 km s⁻¹，若在约1 AU处启动，表明动量捕获效率为30–60%；若在更远处启动，则接近100%。
• [O i]光度与L_bol强相关，但与M_env无关，表明其反映当前的吸积活动；而低J CO则反映喷流动力时标内的平均吸积历史。
• 尽管预期存在，HCO⁺和H₂O的吸积信号在单镜面观测中仍微弱且难以探测，即使在大规模通量限制样本中亦然，表明在延展、冷包层中探测吸积存在固有局限性。