[论文解读] Physical properties of outflows

P. Bjerkeli, R. Liseau+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用 3

一句话总结

本研究利用CO和H2O作为示踪剂，比较了三个人口0型原恒星（L1448、VLA 1623、L1157）的物理喷流特性——动量速率（推力）和机械光度（功率）。基于高分辨率赫歇尔/HIFI和斯皮兹勒数据，研究发现，由H2O和H2推导出的推力和功率估计值分别与基于CO的值在4倍和3倍以内一致，表明尽管激发态和发射区域存在差异，CO在喷流能量学研究中仍是可靠的示踪剂。

ABSTRACT

Context. The observed physical properties of outflows from low-mass sources put constraints on possible ejection mechanisms. Historically, these quantities have been derived from CO using ground-based observations. It is, therefore, important to investigate whether parameters such as momentum rate (thrust) and mechanical luminosity (power) are the same when different molecular tracers are used. Aims. Our objective is to determine the outflow momentum, dynamical time-scale, thrust, energy, and power using CO and H2O as tracers of outflow activity. Methods. Within the framework of the Water In Star-forming regions with Herschel (WISH) key program, three molecular outflows from Class 0 sources have been mapped using the Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) instrument aboard Herschel. We used these observations together with previously published H2 data to infer the physical properties of the outflows. We compared the physical properties derived here with previous estimates based on CO observations. Results. Inspection of the spatial distribution of H2O and H2 confirms that these molecules are co-spatial. The most prominent emission peaks in H2 coincide with strong H2O emission peaks and the estimated widths of the flows when using the two tracers are comparable. Conclusions. For the momentum rate and the mechanical luminosity, inferred values are not dependent on which tracer is used, i.e. the values agree to within a factor of 4 and 3, respectively.

研究动机与目标

• 本文旨在评估从CO推导出的物理喷流参数是否与从H2O和H2推导出的参数一致。
• 研究分子示踪剂（CO与H2O/H2）的选择是否影响动量速率和机械光度的估计。
• 评估地面CO观测在推断喷流对原生环境影响方面的可靠性。
• 检查H2O和H2发射的空间与速度共位性，以评估其在激波气体中的共同起源。

提出的方法

• 作者利用赫歇尔/HIFI仪器的高光谱和高空间分辨率观测，对三个人口0型喷流（L1448、VLA 1623、L1157）中的H2O（110–101）在557 GHz波段进行测绘。
• 将HIFI数据与先前发表的斯皮兹勒H2跃迁线数据相结合，以推断喷流的物理特性。
• 使用标准喷流诊断方法计算质量、动量、动能、动力时标、动量速率（推力）和机械光度等物理参数。
• 将H2O和H2推导出的参数与同一源先前发表的基于CO的估计值进行比较。
• 在动量和能量计算中应用倾角以校正视线投影效应。
• 分析假设喷流速度恒定为200 km s⁻¹，并使用标准公式计算动量（P = M × <v>）、动能（E = ½M × <v>²）、动力时标（tdyn = L / <v>）、动量速率（dP/dt = P / tdyn）和机械光度（dE/dt = E / tdyn）。

实验结果

研究问题

• RQ1 从H2O和H2推导出的动量速率和机械光度是否与人口0型喷流中基于CO的估计值一致？
• RQ2 H2O发射的空间分布是否与H2和CO共位，表明其在激波气体中具有共同起源？
• RQ3 从H2O和H2推导出的物理特性是否在几倍范围内与CO估计值一致，从而支持CO作为可靠示踪剂？
• RQ4 不同的激发条件和发射区域（冷气体与暖气体）对喷流参数估计有何影响？
• RQ5 地面CO观测是否足以评估喷流对原生环境的能量影响？

主要发现

• 从H2O和H2推导出的动量速率（推力）在所有三个源中与基于CO的估计值在4倍以内一致。
• 从H2O和H2推导出的机械光度（功率）与基于CO的估计值在3倍以内一致，表明CO作为示踪剂具有稳健性。
• H2O和H2发射在空间上共位，H2的强发射峰与显著的H2O峰值重合，表明其具有共同的激发条件。
• 使用H2O和H2示踪剂估算的喷流宽度相近，支持其具有一致的动力学结构。
• L1448和L1157的喷流质量损失率估计约为10⁻⁶ M⊙ yr⁻¹，VLA 1623约为10⁻⁷ M⊙ yr⁻¹，与吸积光度模型一致。
• 尽管存在微小偏差，本研究结论认为地面CO观测足以评估喷流对周围环境的影响，因为CO推导出的参数与H2O和H2的估计值在几倍范围内一致。