[论文解读] The structure of the NGC1333-IRAS2 protostellar system on 500 AU scales: an infalling envelope, a circumstellar disk, multiple outflows, and chemistry

J. K. Jørgensen, M. R. Hogerheijde+3 more|ArXiv.org|Oct 4, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 38

一句话总结

本研究利用500 AU尺度的毫米波干涉测量技术，解析了NGC 1333-IRAS2原恒星系统的结构，确认存在一个坍缩包层、一个质量≥0.3 M☉的原恒星盘，以及多个相互垂直的喷流。研究证明，亚毫米波连续谱建模为解释高分辨率谱线和连续谱数据提供了稳健的框架，揭示了原恒星环境中热处理导致的化学分异现象。

ABSTRACT

This paper investigates small-scale structures of dense gas and dust around the low-mass protostellar binary NGC1333-IRAS2 using millimeter-wavelength aperture-synthesis observations from the OVRO and BIMA interferometers. The detected 3 mm continuum emission is consistent with models of the envelope around IRAS2A, based on previously reported submillimeter continuum images, down to the 3", or 500 AU, resolution of the interferometer data. Our data constrain the contribution of an unresolved point source to 22 mJy. Within the accuracy of the parameters describing the envelope model, the point source flux has an uncertainty by up to 25%. We interpret this point source as a cold disk of mass \gtrsim 0.3 M_\odot. The same envelope model also reproduces aperture-synthesis line observations of the optically thin isotopic species C34S and H13CO+. The more optically thick main isotope lines show a variety of components in the protostellar environment: N2H+ is closely correlated with dust concentrations as seen at submillimeter wavelengths and is particularly strong toward the starless core IRAS2C. We hypothesize that N2H+ is destroyed through reactions with CO that is released from icy grains near the protostellar sources IRAS2A and B. CS, HCO+, and HCN have complex line shapes apparently affected by both outflow and infall. In addition to the east-west jet from IRAS2A, a north-south velocity gradient near this source indicates a second, perpendicular outflow. This suggests the presence of a binary companion within 0.3" (65 AU) from IRAS2A as driving source of this outflow. Alternative explanations of the velocity gradient such as rotation in a circumstellar envelope or a single, wide-angle outflow are less likely.

研究动机与目标

• 利用毫米波长干涉测量技术，解析NGC 1333-IRAS2原恒星系统在500 AU尺度下的小尺度结构。
• 检验基于亚毫米波连续谱成像获得的包层模型是否能解释高分辨率连续谱和谱线数据。
• 识别并表征低质量原恒星双星系统中的原恒星盘、喷流及化学分异现象。
• 通过将分子谱线辐射与热处理及CO脱附关联，确定物质的物理与化学演化过程。

提出的方法

• 在3 mm波长利用欧文斯谷和BIMA干涉仪进行 aperture-synthesis 观测，以绘制连续谱和谱线辐射的分布。
• 基于SCUBA亚毫米波连续谱数据（见论文I）进行辐射转移建模，以定义包层结构，假设幂律密度分布 ρ ∝ r⁻ᵖ，其中 p = 1.8。
• 将包层模型应用于解释3 mm连续谱辐射，将未分辨的点源辐射分离为原恒星盘。
• 对光学薄物种（H¹³CO⁺、C³⁴S）的谱线辐射进行建模，以检验其与包层模型的一致性。
• 分析光学厚物种（CS、HCO⁺、HCN、N₂H⁺）的复杂谱线轮廓，以识别吸积、喷流及化学效应的贡献。
• 评估速度梯度的多种可能解释（旋转、单一宽角喷流、双星驱动喷流），基于形态与运动学特征，倾向于支持双星起源。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于亚毫米波连续谱成像获得的包层模型，是否能准确描述NGC 1333-IRAS2在500 AU尺度的结构？
• RQ2 与IRAS2A相关的未分辨3 mm连续谱源的性质及其质量为何？
• RQ3 CS、HCO⁺和HCN辐射中观测到的速度梯度与谱线轮廓复杂性的成因是什么？
• RQ4 为何N₂H⁺辐射在冷的、无星的核IRAS2C处最强，而在IRAS2A和IRAS2B附近被抑制？
• RQ5 观测到的化学特征是否可由原恒星加热导致冰壳中CO脱附来解释？

主要发现

• IRAS2A周围的3 mm连续谱辐射与外推的包层模型一致，其中22 mJy的未分辨点源被解释为质量≥0.3 M☉的原恒星盘。
• 光学薄谱线辐射（H¹³CO⁺与C³⁴S）与包层模型吻合，证实大部分气体均被坍缩包层结构良好描述。
• 南北向速度梯度与东西向喷流表明IRAS2A附近65 AU内存在双星系统，相互垂直的喷流可能由双星驱动。
• N₂H⁺辐射在冷的、无星的核IRAS2C处最强，而在IRAS2A和IRAS2B附近被抑制，表明其在较暖区域因冰壳中释放的CO而被破坏。
• CS、HCO⁺与HCN辐射表现出复杂轮廓，主要受喷流与吸积成分主导，系统辐射被大尺度物质遮挡。
• 包层模型成功解释了观测到的辐射，证明其作为解释嵌入式原恒星系统干涉数据的基准模型具有高度实用性。