[论文解读] The GRAVITY Young Stellar Object survey IV. The CO overtone emission in 51 Oph at sub-au scales

Collaboration Gravity, M. Koutoulaki+70 more|arXiv (Cornell University)|Nov 11, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 46被引用 2

一句话总结

利用甚大望远镜干涉仪上的GRAVITY仪器进行高分辨率干涉测量，本研究在赫比格Ae/Be星51 Oph的最内盘区域空间分辨了CO倍频发射。数据揭示了一个紧凑、高温（1900–2800 K）、高密度（0.9–9×10²¹ cm⁻²）的CO发射区，位于恒星0.10±0.02 au处，该位置远在尘埃亚稳半径以内，且与尘埃盘共位置，挑战了传统盘模型中排除尘埃缺失内区CO的假设。

ABSTRACT

51 Oph is a Herbig Ae/Be star that exhibits strong near-infrared CO ro-vibrational emission at 2.3 micron, most likely originating in the innermost regions of a circumstellar disc. We aim to obtain the physical and geometrical properties of the system by spatially resolving the circumstellar environment of the inner gaseous disc. We used the second-generation VLTI/GRAVITY to spatially resolve the continuum and the CO overtone emission. We obtained data over 12 baselines with the auxiliary telescopes and derive visibilities, and the differential and closure phases as a function of wavelength. We used a simple LTE ring model of the CO emission to reproduce the spectrum and CO line displacements. Our interferometric data show that the star is marginally resolved at our spatial resolution, with a radius of 10.58+-2.65 Rsun.The K-band continuum emission from the disc is inclined by 63+-1 deg, with a position angle of 116+-1 deg, and 4+-0.8 mas (0.5+-0.1 au) across. The visibilities increase within the CO line emission, indicating that the CO is emitted within the dust-sublimation radius.By modelling the CO bandhead spectrum, we derive that the CO is emitted from a hot (T=1900-2800 K) and dense (NCO=(0.9-9)x10^21 cm^-2) gas. The analysis of the CO line displacement with respect to the continuum allows us to infer that the CO is emitted from a region 0.10+-0.02 au across, well within the dust-sublimation radius. The inclination and position angle of the CO line emitting region is consistent with that of the dusty disc. Our spatially resolved interferometric observations confirm the CO ro-vibrational emission within the dust-free region of the inner disc. Conventional disc models exclude the presence of CO in the dust-depleted regions of Herbig AeBe stars. Ad hoc models of the innermost disc regions, that can compute the properties of the dust-free inner disc, are therefore required.

研究动机与目标

• 利用空间分辨的干涉数据，确定51 Oph内气态盘的物理与几何结构。
• 研究尘埃缺失内区中CO转振发射的起源与分布。
• 检验传统盘模型是否能解释无尘埃区域中的CO发射。
• 约束CO发射气体的温度、柱密度、大小、倾角、位置角及运动学特征。

提出的方法

• 使用甚大望远镜干涉仪上的GRAVITY仪器获取K波段高光谱分辨率的干涉数据。
• 在12条基线上测量可见度、差分相位和闭合相位，以重建空间与光谱信息。
• 应用局部热平衡环模型拟合CO带头谱与相对于连续谱的相位偏移。
• 利用CO发射的合成亮度图重现观测到的位移，推断发射区的大小、倾角、位置角与旋转速度。
• 在假设J跃迁为光学厚的前提下，通过拟合观测到的CO谱约束物理参数（T, NCO）。
• 将CO发射区的几何与运动学特征与尘埃盘进行比较，评估其对齐程度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在51 Oph中，CO倍频发射在空间上相对于尘埃亚稳半径位于何处？
• RQ2 内盘中CO发射气体的物理条件（温度、柱密度）如何？
• RQ3 CO发射区在倾角与位置角上是否与尘埃盘对齐？
• RQ4 CO发射区的大小与运动学结构如何？
• RQ5 标准盘模型能否解释无尘埃内区中CO的存在？

主要发现

• CO发射起源于距离恒星0.10±0.02 au的区域，位于尘埃亚稳半径以内。
• CO发射气体温度高（1900–2800 K），密度高（0.9–9×10²¹ cm⁻²），与先前研究一致。
• CO发射区的倾角为63°±1°，位置角为116°±1°，与尘埃盘一致。
• CO发射比K波段连续谱更紧凑，CO带头处可见度增加表明发射区更小。
• CO线相对于连续谱的位移最能由0.1 au处的环模型重现，证实其紧凑性。
• CO与尘埃盘之间的对齐表明无显著错位，支持气态与尘埃组分的共源形成。