[论文解读] Sub-arcsecond [FeII] spectro-imaging of the DG Tau jet: Periodic bubbles and a dusty disk wind?

V. Agra-Amboage, C. Dougados+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用 54

一句话总结

本研究利用亚角秒级 [Fe ii] 光谱成像，揭示了 DG Tauri 喷流中存在一种类似洋葱的分层速度结构，其中高速喷流束（−200 km s⁻¹）嵌套于更宽的中速喷流锥（−100 km s⁻¹）之内。数据排除了光致蒸发、恒星风以及标准 X-wind 模型，转而支持尘埃磁流体动力学盘风作为中速组分的起源，且喷流呈每 2.5 年一次的周期性喷射。

ABSTRACT

We present SINFONI/VLT observations of the DG Tauri jet in the [FeII] lines with 0.15" angular resolution and R=3000 spectral resolution. We observe an onion-like velocity structure in [FeII] in the blueshifted jet, similar to that observed in optical lines. High-velocity gas at ~-200 km/s is collimated inside a half-opening angle of 4 degrees and medium-velocity gas at ~-100 km/s in a cone with an half-opening angle 14 degrees. Two new axial jet knots are detected in the blue jet, as well as a more distant bubble with corresponding counter-bubble. The periodic knot ejection timescale is revised downward to 2.5 yrs. The redshifted jet is detected only beyond 0.7" from the star, yielding revised constraints on the disk surface density. From comparison to [OI] data we infer iron depletion of a factor 3 at high velocities and a factor 10 at speeds below -100 km/s. The mass-fluxes in each of the medium and high-velocity components of the blueshifted lobe are ~1.6+-0.8x10^-8 Msun/yr, representing 0.02-0.2 of the disk accretion rate. The medium-velocity conical [FeII] flow in the DG Tau jet is too fast and too narrow to trace photo-evaporated matter from the disk atmosphere. Both its kinematics and collimation cannot be reproduced by the X-wind, nor can the "conical magnetospheric wind". The level of Fe gas phase depletion in the DG Tau medium-velocity component also rules out a stellar wind and a cocoon ejected sideways from the high-velocity beam. A quasi-steady centrifugal MHD disk wind ejected over 0.25-1.5 AU and/or episodic magnetic tower cavities launched from the disk appear as the most plausible origins for the medium velocity component in the DG Tau jet. The same disk wind model can also account for the properties of the high-velocity flow, although alternative origins in magnetospheric and/or stellar winds cannot be excluded for this component.

研究动机与目标

• 研究 T Tauri 恒星中原恒星喷流的起源，特别是驱动质量喷射与准直化的机制。
• 利用禁线发射的高分辨率观测，检验 X-wind、光致蒸发与 MHD 盘风等竞争性喷流启动模型。
• 通过约束 DG Tauri 喷流的运动学、密度与质量通量，以区分不同喷射机制。
• 通过分析喷流中铁的缺乏模式，排除起源于恒星风或来自盘大气层卷吸物质的可能。
• 确定喷流中周期性结构（泡状物与团块）的喷射 timescale，以推断吸积-喷流过程的变异性。

提出的方法

• 使用 VLT/SINFONI 以 0.15″ 的高角分辨率获取 [Fe ii] λ1.64 μm 与 λ1.53 μm 发射线的光谱成像，光谱分辨率 R = 3000。
• 通过位置-速度图与谱线拟合，绘制喷流中速度结构与密度分布。
• 通过 [Fe ii] 1.32 μm 与 1.64 μm 跃迁线的线强度比分析，推导电子密度。
• 采用三种独立方法（谱线流量、密度与速度结构）估算质量通量率，假设喷流几何形态恒定。
• 将 [Fe ii] 强度与 [O i] 数据对比，推断不同速度下铁的缺乏因子。
• 利用 Isella 等（2010）的盘面密度相似解，解释观测到的中心遮挡现象并约束盘结构。

实验结果

研究问题

• RQ1 DG Tauri 喷流中速组分（−100 km s⁻¹）的起源是什么？能否由光致蒸发或恒星风解释？
• RQ2 高速喷流束（−200 km s⁻¹）为何如此高度准直？其运动学是否符合 X-wind 或磁层风模型的预测？
• RQ3 喷流中周期性团块与泡状结构的喷射 timescale 是多少？其与恒星自转周期有何关联？
• RQ4 喷流中铁的缺乏模式如何随速度变化？这对其发射气体的起源有何启示？
• RQ5 观测到的喷流形态与运动学是否可由单一喷射机制（如尘埃 MHD 盘风）解释？

主要发现

• 观测到类似洋葱的分层速度结构：高速喷流束（−200 km s⁻¹），半开角为 4°，嵌套于中速喷流锥（−100 km s⁻¹），半开角为 14°。
• 在蓝移喷流中探测到两个新的轴向团块与一个远距离泡状结构，表明喷射周期已修正为 2.5 年。
• 红移喷流仅在距离恒星 0.15″ 以外被探测到，表明中心遮挡与 Isella 等（2010）的相似解所描述的盘面密度分布一致。
• 在速度低于 −100 km s⁻¹ 时，铁的缺乏因子约为 10；在更高速度时约为 3，排除了恒星风与包层喷射模型。
• 蓝移喷流中，中速与高速组分的质量通量率均为 ≈1.6 ± 0.8 × 10⁻⁸ M☉ yr⁻¹，约占盘吸积率的 0.02–0.2。
• 中速组分的运动学与准直性无法由 X-wind、圆锥形磁层风或光致蒸发模型再现，支持准稳态尘埃 MHD 盘风或周期性磁塔空腔喷流机制。