[论文解读] The ALMA view of the protostellar system HH212 - The wind, the cavity, and the disk

C. Codella, S. Cabrit+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 25被引用 45

一句话总结

利用ALMA在Band 7的高分辨率、高灵敏度观测，本研究揭示了HH212原恒星周围一个半径约为90 AU的紧凑旋转盘，该盘可能为开普勒型，与质量为0.3±0.1 M☉的中心源相关。数据同时追踪到一条快速的SiO喷流、充满喷流空腔的宽角C34S流，以及一个表明坍缩过程中磁矩与角动量轴发生错位的扭结结构，为原恒星阶段的盘风活动和大尺度盘形成提供了有力证据。

ABSTRACT

Context: Because it is viewed simply edge-on, the HH212 protostellar system is an ideal laboratory for studying the interplay of infall, outflow, and rotation in the earliest stages of low-mass star formation. Aims: We wish to exploit the unmatched combination of high angular resolution, high sensitivity, high-imaging fidelity, and spectral coverage provided by ALMA to shed light on the complex kinematics of the innermost central regions of HH212. Methods: We mapped the inner 10" (4500 AU) of the HH212 system at about 0.5 arcsec resolution in several molecular tracers and in the 850 $μ$m dust continuum using the ALMA interferometer in band 7 in the extended configuration of the Early Science Cycle 0 operations. Results: Within a single ALMA spectral set-up, we simultaneously identify all the crucial ingredients known to be involved in the star formation recipe namely: (i) the fast, collimated bipolar SiO jet driven by the protostar, (ii) the large-scale swept-up CO outflow, (iii) the flattened rotating and infalling envelope, with bipolar cavities carved by the outflow (in C$^{17}$O(3--2)), and (iv) a rotating wide-angle flow that fills the cavities and surrounding the axial jet (in C$^{34}$S(7--6)). In addition, the compact high-velocity C$^{17}$O emission ($\pm$ 1.9--3.5 km s$^{-1}$ from systemic) shows a velocity gradient along the equatorial plane consistent with a rotating disk of about 0.2 arcsec = 90 AU around a $\simeq 0.3 \pm 0.1 M_{ m \odot}$ source. The rotating disk is possibly Keplerian. Conclusions: HH212 is the third Class 0 protostar with possible signatures of a Keplerian disk of radius $\geq 30 AU$. The warped geometry in our CS data suggests that this large keplerian disk might result from misaligned magnetic and rotation axes during the collapse phase. The wide-angle CS flow suggests that disk winds may be present in this source.

研究动机与目标

• 利用高分辨率ALMA数据，研究低质量恒星形成最早阶段的吸积、喷流与旋转之间的相互作用。
• 确定HH212原恒星系统中是否存在半径≥30 AU的开普勒盘，并表征其运动学结构。
• 探讨在C34S发射中观测到的扭结状空腔结构的成因，及其对磁场与角动量轴错位的启示。
• 通过C34S追踪的宽角流，识别并表征盘风的存在。
• 检验在Class 0源中，磁制动与错位B-Ω构型下盘形成的理论模型。

提出的方法

• ALMA Band 7观测在扩展配置下实现了约0.5角秒的分辨率（110 AU），覆盖HH212周围10角秒区域。
• 对多个示踪剂进行了谱线成像：C17O(3–2)、SiO(8–7)、C34S(7–6)，以及850 µm波长的尘埃连续辐射。
• 采用UV平面拟合方法，测定C17O发射在各速度通道的相位中心位置与速度，以推断其运动学结构。
• 建立开普勒旋转曲线模型，并与沿赤道平面观测到的速度梯度进行比较，以评估盘的运动学特性。
• 对C34S发射进行形态与谱线分析，揭示出类似洋葱层叠的多普勒速度结构，与宽角旋转流一致。
• 通过速度与空间形态特征，对包层吸积、空腔壁面与盘组分进行区分分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 HH212 Class 0原恒星中是否存在半径≥30 AU的开普勒盘？其质量与运动学结构如何？
• RQ2 C34S发射中观测到的S形扭结由何引起？是否表明磁场轴与角动量轴发生错位？
• RQ3 HH212中是否存在盘风活动的证据？其与观测到的宽角C34S流有何关联？
• RQ4 C17O(3–2)线的运动学如何表征旋转包层、空腔壁面与赤道盘组分？
• RQ5 HH212中观测到的结构在多大程度上支持或挑战磁制动条件下盘形成的理论模型？

主要发现

• 在高速C17O(3–2)发射中识别出一个半径约0.2角秒（约90 AU）的紧凑旋转盘，其速度梯度与围绕质量为0.3±0.1 M☉原恒星的开普勒旋转一致。
• C34S(7–6)线追踪到充满喷流空腔的宽角旋转流，其嵌套的洋葱状速度结构与T Tauri星中观测到的原子喷流类似。
• C34S发射中S形扭结被解释为原恒星坍缩期间磁场与角动量矢量错位的残余，可能解释大尺度盘的形成。
• SiO(8–7)线揭示出一条宽度约100 AU的快速、准直的双极喷流，与MHD准直过程一致。
• C17O(3–2)发射显示三个运动学组分：接近系统速度的吸积包层、低多普勒速度偏移的空腔壁面，以及高速偏移的旋转盘。
• 尘埃连续辐射在喷流垂直方向呈扁平分布，支持盘状结构的存在，尽管早期ALMA数据将其最大半径限制在约0.3 AU。