[论文解读] Warm Gas Towards Young Stellar Objects In Corona Australis Herschel/PACS Observations From The Digit Key Programme

J. E. Lindberg|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 53被引用 15

一句话总结

本研究利用赫歇尔/PACS红外观测数据，调查了受照射的南十字座R（R Coronae Australis）区域中低质量原恒星周围温暖气体与尘埃的情况，采用去卷积技术分离点源与扩展发射。结果表明，来自赫比格Be星R CrA的外部照射并未提高分子激发温度，但增强了光致离解产物（如OH和O）的生成，表明外部加热驱动了扩展发射，而未改变核心区域的激发条件。

ABSTRACT

The effects of external irradiation on the chemistry and physics in the protostellar envelope around low-mass young stellar objects are poorly understood. The Corona Australis star-forming region contains the R CrA dark cloud, comprising several low-mass protostellar cores irradiated by an intermediate-mass young star. We study the effects on the warm gas and dust in a group of low-mass young stellar objects from the irradiation by the young luminous Herbig Be star R CrA. Herschel/PACS far-infrared datacubes of two low-mass star-forming regions in the R CrA dark cloud are presented. The distribution of CO, OH, H2O, [C II], [O I], and continuum emission is investigated. We have developed a deconvolution algorithm which we use to deconvolve the maps, separating the point-source emission from the extended emission. We also construct rotational diagrams of the molecular species. By deconvolution of the Herschel data, we find large-scale (several thousand AU) dust continuum and spectral line emission not associated with the point sources. Similar rotational temperatures are found for the warm CO ($282\pm4$ K), hot CO ($890\pm84$ K), OH ($79\pm4$ K), and H2O ($197\pm7$ K) emission, respectively, in the point sources and the extended emission. The rotational temperatures are also similar to what is found in other more isolated cores. The extended dust continuum emission is found in two ridges similar in extent and temperature to molecular mm emission, indicative of external heating from the Herbig Be star R CrA. Our results show that a nearby luminous star does not increase the molecular excitation temperatures in the warm gas around a young stellar object (YSO). However, the emission from photodissociation products of H2O, such as OH and O, is enhanced in the warm gas associated with these protostars and their surroundings compared to similar objects not suffering from external irradiation.

研究动机与目标

• 理解来自一颗明亮赫比格Be星的外部照射对低质量年轻恒星（YSOs）周围温暖气体与尘埃的化学与物理条件的影响。
• 探究R CrA的照射是否相比孤立源，提高了原恒星包层中分子的激发温度。
• 通过去卷积技术，从远红外数据中分离点源发射与扩展发射。
• 通过分析CO、OH、H2O、[C ii]、[O i]和尘埃连续谱的转动温度与线强度比，评估激发与加热机制。

提出的方法

• 获取赫歇尔/PACS积分场光谱数据，覆盖南十字座R暗云中两个低质量恒星形成区，波段范围为55–210 µm。
• 应用自定义的去卷积算法，从数据立方中分离点源发射与扩展发射。
• 为CO、OH、H2O及其他物种构建转动图，以推导转动温度并评估激发条件。
• 比较IRS7与IRS5区域的线流量与强度比（如OH/H2O、[O i]/OH、[O i]/CO），以评估照射影响。
• 将FIR连续谱与谱线发射与毫米波分子示踪剂（H2CO、CH3OH）相关联，以识别受外部加热影响的物质。
• 利用13CO转动图估算光学厚度，并评估中J数CO跃迁的激发状态。

实验结果

研究问题

• RQ1 与孤立源相比，来自赫比格Be星R CrA的外部照射是否提高了低质量YSO中温暖和热CO、OH与H2O的转动温度？
• RQ2 R CrA区域中扩展的远红外发射在多大程度上追踪了受外部加热的气体与尘埃？其与毫米波分子发射的相关性如何？
• RQ3 南十字座R区域中OH、O与[O i]等光致离解产物的增强线强度比是否表明存在由外部照射驱动的光致离解区（PDR）？
• RQ4 与中心原恒星核心相比，扩展发射中的激发条件如何？这对其加热来源意味着什么？
• RQ5 R CrA区域的大尺度分子发射是否与低密度气体的辐射激发一致？还是需要高密度示踪剂才能解释？

主要发现

• 在IRS7北侧和南侧的两条脊状结构中，检测到40–50 K的扩展尘埃连续谱发射，其与H2CO和CH3OH的毫米波发射相关，表明R CrA的外部照射加热了扩展物质。
• 点源与扩展发射中，温暖CO（282 ± 4 K）、热CO（890 ± 84 K）、OH（79 ± 4 K）与H2O（197 ± 7 K）的转动温度相似，表明外部照射未显著提高激发温度。
• [O i] 63.2 µm线在扩展区域显著增强，支持存在由外部照射驱动的光致离解区（PDR）。
• 与其它嵌入式天体相比，CrA源中OH/H2O、[O i]/H2O、[O i]/OH与[O i]/CO的线强度比增强了1.5–4.0倍，与PDR化学特征一致。
• 扩展发射中，温暖CO的转动温度为277 ± 7 K，热CO为829 ± 69 K，表明扩展的温暖气体并非仅由YSO内部加热所致。
• 尽管照射更强，IRS7区域（更靠近R CrA）的转动温度仅略高于IRS5，表明致密气体中的激发条件对外部加热具有较强抵抗力。