[论文解读] VLBA observations of SiO masers: Arguments in favor of radiative pumping mechanisms

J. F. Desmurs, V. Bujarrabal+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 8

一句话总结

本研究利用甚长基线阵列（VLBA）的超高分辨率观测，调查了红巨星星体TX Cam和IRC +10011中SiO脉泽的泵浦机制。研究发现，v=1和v=2 J=1–0脉泽在空间上存在1–2毫角秒的偏移，与早期认为两者重合的结论相矛盾，并证实了环状分布及切向偏振特性——这些是支持辐射泵浦而非碰撞泵浦的关键特征。

ABSTRACT

We have performed VLBA observations of the SiO v=1 and v=2 J=1-0 masers in two AGB stars, TX Cam and IRC +10011. We confirm the ring-like spatial distribution, previously found in several AGB objects, as well as the tangential polarization pattern, already reported for TX Cam. Both properties, that seem to be systematic in this kind of objects, are characteristic of radiatively pumped SiO masers. On the contrary, we do not confirm the previous report on the spatial coincidence between the J=1-0 v=1 and 2 masers, a result that would have argued in favor of collisional pumping. We find that both lines sometimes arise from nearby spots, typically separated by 1-2 mas, but are rarely coincident. The discrepancy with previous results is explained by the very high spatial resolution of our observations, ~ 0.5 mas, an order of magnitude better than in the relevant previously published experiment.

研究动机与目标

• 利用超高分辨率甚长基线干涉测量（VLBI）数据，解析红巨星星体中v=1和v=2 J=1–0 SiO脉泽之间的空间关系。
• 检验先前关于两种脉泽跃迁在空间上重合的报告是否有效，这些报告曾被用来支持碰撞泵浦的假设。
• 评估观测到的环状结构和切向偏振模式是否与辐射泵浦或碰撞泵浦机制一致。
• 确定观测到的v=1和v=2脉泽环半径差异在统计上是否显著且具有物理意义。
• 评估这些发现对演化星体中脉泽泵浦机制广泛争论的启示。

提出的方法

• 对TX Cam和IRC +10011中的43 GHz SiO脉泽线（v=1和v=2，J=1–0）进行VLBA观测，角分辨率约为0.5 mas。
• 采用双圆偏振记录和全斯托克斯参数提取，生成总强度和线性偏振图。
• 应用标准AIPS校准与成像技术，生成50×50 mas的图像，半高全宽（FWHM） beam大小为0.6×0.3 mas（TX Cam）和0.7×0.2 mas（IRC +10011）。
• 利用未偏振的类星体3C 84校准仪器偏振泄漏，并使用偏振类星体3C 454.3进行延迟校正。
• 对脉泽斑点分布拟合环壳模型，按其强度加权，以确定最佳拟合中心与半径。
• 分析速度通道图，以检查不同速度通道中v=1和v=2脉泽特征的相对空间位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 v=1和v=2 J=1–0 SiO脉泽在红巨星星体中是否如先前报告所示在空间上重合？
• RQ2 观测到的环状空间分布与切向偏振模式是否支持辐射泵浦或碰撞泵浦机制？
• RQ3 v=1和v=2脉泽之间观测到的环半径差异在统计上是否显著且具有物理意义？
• RQ4 切向偏振模式是否可在无需强磁场的条件下由辐射泵浦机制解释？
• RQ5 高分辨率VLBA数据如何解决与早期低分辨率观测中声称脉泽重合的矛盾？

主要发现

• v=1和v=2 J=1–0 SiO脉泽在空间上并非重合；通常存在1–2 mas的偏移，仅在极少数情况下出现精确重叠。
• 对于TX Cam，v=1脉泽环半径为14.5 ± 0.2 mas，而v=2环半径为13.2 ± 0.2 mas，相差2.6 ± 0.5 mas，超过0.6×0.3 mas的 beam 分辨率。
• 对于IRC +10011，v=1环半径为11.7 ± 0.2 mas，v=2环为11.1 ± 0.2 mas，相差1.2 ± 0.5 mas，同样可分辨于 beam 尺寸之上。
• 环状空间分布与切向偏振模式得到确认，两者均为辐射泵浦模型所预测。
• 与早期报告的脉泽重合的矛盾，归因于本研究VLBA数据的优越空间分辨率（~0.5 mas），比以往研究使用的7 mas beam高一个数量级。
• 两种脉泽跃迁之间观测到的空间偏移为辐射泵浦提供了强有力支持，因为在辐射模型中，v=2脉泽自然倾向于分布在团块的最内层。