[论文解读] TIMASSS: The IRAS16293-2422 Millimeter And Submillimeter Spectral Survey. I. Observations, calibration and analysis of the line kinematics

E. Caux, C. Kahane+16 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Mar 28, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 114被引用 85

一句话总结

本论文利用IRAM 30米和JCMT 15米望远镜对类太阳型原恒星IRAS16293-2422进行了TIMASSS谱线巡天，开展了一项全面的毫米波与亚毫米波线谱调查。该研究在200 GHz频段内检测到超过4,000条谱线，识别出70种分子物种，并揭示了双星系统中存在两个不同的速度成分：源A表现出随着跃迁能级升高而线宽增大的趋势，与约1 M⊙质量物体的气体吸积一致；而源B未呈现此类趋势，表明其质量显著更低（约0.1 M⊙）。

ABSTRACT

While unbiased surveys observable from ground-based telescopes have previously been obtained towards several high mass protostars, very little exists on low mass protostars. To fill up this gap, we carried out a complete spectral survey of the bands at 3, 2, 1 and 0.8 mm towards the solar type protostar IRAS16293-2422. The observations covered about 200\,GHz and were obtained with the IRAM-30m and JCMT-15m telescopes. Particular attention was devoted to the inter-calibration of the obtained spectra with previous observations. All the lines detected with more than 3 sigma and free from obvious blending effects were fitted with Gaussians to estimate their basic kinematic properties. More than 4000 lines were detected (with sigma \geq 3) and identified, yielding a line density of approximatively 20 lines per GHz, comparable to previous surveys in massive hot cores. The vast majority (~2/3) of the lines are weak and due to complex organic molecules. The analysis of the profiles of more than 1000 lines belonging 70 species firmly establishes the presence of two distinct velocity components, associated with the two objects, A and B, forming the IRAS16293-2422 binary system. In the source A, the line widths of several species increase with the upper level energy of the transition, a behavior compatible with gas infalling towards a ~1 Mo object. The source B, which does not show this effect, might have a much lower central mass of ~0.1 Mo. The difference in the rest velocities of both objects is consistent with the hypothesis that the source B rotates around the source A. This spectral survey, although obtained with single-dish telescope with a low spatial resolution, allows to separate the emission from 2 different components, thanks to the large number of lines detected. The data of the survey are public and can be retrieved on the web site http://www-laog.obs.ujf-grenoble.fr/heberges/timasss.

研究动机与目标

• 对低质量原恒星IRAS16293-2422——一个类太阳型原恒星系统——开展完整且无偏见的毫米波与亚毫米波谱线巡天。
• 解决相较于大质量热芯，目前对低质量原恒星缺乏全面谱线巡天的问题。
• 利用大量检测到的分子谱线分析源的运动学结构，以区分双星系统中两部分（A和B）的辐射贡献。
• 确定两部分气体的物理条件与动力学状态，特别是检验源A中是否存在吸积的迹象。
• 为未来低质量恒星形成过程的天体化学与物理研究提供一个公开可访问的高分辨率谱线数据库。

提出的方法

• 利用IRAM 30米和JCMT 15米望远镜开展200 GHz频段的谱线巡天，累积约300小时的积分时间。
• 对两台望远镜的数据进行严格互校准，以确保谱线的一致性与流量准确性。
• 使用CASSIS和GILDAS-CLASS软件包，识别所有信噪比≥3且混叠效应最小的发射线。
• 对检测到的谱线拟合高斯轮廓，以推导包括谱线中心频率、半高全宽（FWHM）和积分流量在内的运动学参数。
• 分析线宽随上能级能量的变化关系，以推断动力学过程（如吸积或旋转）的存在。
• 利用谱线的静止频率与径向速度偏移，区分双星系统中两部分（A和B）的辐射贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 在3、2、1和0.8毫米波段，低质量原恒星IRAS16293-2422的分子谱线内容与运动学结构如何？
• RQ2 能否基于谱线运动学特征分辨出双星系统中两部分（A和B）的辐射？
• RQ3 是否存在源A中气体吸积的证据，表现为随着跃迁上能级升高，谱线宽度增大？
• RQ4 两部分的运动学行为暗示的动理质量分别是多少？
• RQ5 源A与源B之间的物理条件与分子激发状态有何差异？

主要发现

• 检测到4,037条信噪比≥3的谱线，谱线密度约为每GHz 20条，与大质量热芯相当。
• 约三分之二的检测谱线源自复杂有机分子，凸显了低质量原恒星中丰富的化学过程。
• 对超过1,000条来自70种物种的谱线进行运动学分析，揭示了两个明显不同的速度成分，分别对应双星系统中的两部分（A和B）。
• 在源A中，谱线宽度随跃迁上能级能量升高而增大，这一特征与向约1 M⊙中心质量物体的气体吸积一致。
• 在源B中未观察到此类趋势，表明其中心质量显著更低（约0.1 M⊙），与低质量天体或更平静的环境一致。
• 两部分之间的速度偏移与源B围绕源A运行的轨道配置一致，支持双星系统的结构。