[论文解读] X-Shooter spectroscopy of young stellar objects: V - Slow winds in T Tauri stars

A. Natta, L. Testi+5 more|Jun 21, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 62被引用 45

一句话总结

本研究利用X-Shooter光谱仪对猎户座和路易斯星协中44颗低质量T Tauri星的禁线进行分析，识别出速度低于20 km/s的慢速喷流成分（LVC），其温度较暖（约5000–10,000 K），密度较高（>10⁸ cm⁻³），且质量与体积随恒星质量增加而增大。LVC与吸积光度及L星光度存在强相关性，为年轻恒星系统的喷流模型提供了关键约束。

ABSTRACT

Disks around T Tauri stars are known to lose mass, as best shown by the profiles of forbidden emission lines of low ionization species. At least two separate kinematic components have been identified, one characterised by velocity shifts of tens to hundreds km/s (HVC) and one with much lower velocity of few km/s (LVC). The HVC are convincingly associated to the emission of jets, but the origin of the LVC is still unknown. In this paper we analyze the forbidden line spectrum of a sample of 44 mostly low mass young stars in Lupus and $σ$-Ori observed with the X-Shooter ESO spectrometer. We detect forbidden line emission of [OI], [OII], [SII], [NI], and [NII], and characterize the line profiles as LVC, blue-shifted HVC and red-shifted HVC. We focus our study on the LVC. We show that there is a good correlation between line luminosity and both L$_{star}$ and the accretion luminosity (or the mass-accretion rate) over a large interval of values (L$_{star}$ $\sim 10^{-2} - 1$ L$_\odot$; L$_{acc}$ $\sim 10^{-5} - 10^{-1}$ L$_\odot$; $\dot M_{acc}$ $\sim 10^{-11} - 10^{-7}$ M$_\odot$/yr). The lines show the presence of a slow wind ($V_{peak}<20$ km/s), dense ($n_H>10^8$ cm$^{-3}$), warm (T$\sim 5000-10000$ K), mostly neutral. We estimate the mass of the emitting gas and provide a value for the maximum volume it occupies. Both quantities increase steeply with the stellar mass, from $\sim 10^{-12}$ M$_\odot$ and $\sim 0.01$ AU$^3$ for M$_{star}$$\sim 0.1$ M$_\odot$, to $\sim 3 imes 10^{-10}$ M$_\odot$ and $\sim 1$ AU$^3$ for M$_{star}$$\sim 1$ M$_\odot$, respectively. These results provide quite stringent constraints to wind models in low mass young stars, that need to be explored further.

研究动机与目标

• 表征T Tauri星中低速成分（LVC）禁线发射的物理特性。
• 探究LVC的起源，尽管其在II型年轻恒星中普遍存在，但其成因仍未被解释。
• 确定LVC线光度与恒星光度及吸积光度之间的相关性，以约束喷流机制。
• 估算LVC中发射气体的质量与空间范围，以检验理论喷流模型。
• 评估LVC是否更符合低质量恒星中的磁旋转驱动盘风，还是光致蒸发风。

提出的方法

• 在欧洲南方天文台帕拉纳尔台站使用X-Shooter仪器对猎户座和路易斯星协中的44颗T Tauri星获取高分辨率光谱。
• 分析O i、O ii、S ii、N i和N ii的禁线，以分离LVC、蓝移和红移的高速成分（HVC）。
• 通过拟合线轮廓提取各成分的峰值速度、半高全宽（FWHM）和流量。
• 计算线光度，并与恒星光度（L_star）及吸积光度（L_acc）进行相关性分析。
• 利用原子线发射效率并假设碰撞激发，估算发射气体的电子密度（n_H）和温度（T）。
• 通过将LVC建模为球对称、均匀的区域，估算发射气体的总质量和最大体积。

实验结果

研究问题

• RQ1 T Tauri星喷流中低速成分（LVC）的物理条件（密度、温度、速度）是什么？
• RQ2 LVC禁线光度与吸积光度及恒星光度在一系列年轻恒星中如何相关？
• RQ3 LVC中发射气体的质量与空间范围是多少？其如何随恒星质量变化？
• RQ4 LVC更符合磁驱动盘风还是热驱动光致蒸发风机制？
• RQ5 观测到的LVC特性对低质量主序前星喷流启动理论模型有何约束？

主要发现

• LVC成分的峰值速度低于20 km/s，表明为慢速喷流，且LVC线光度与L_star（~10⁻²–1 L⊙）和L_acc（~10⁻⁵–10⁻¹ L⊙）均存在强相关性。
• 发射气体温度较暖（T ~ 5000–10,000 K），密度较高（n_H > 10⁸ cm⁻³），且主要呈中性，与盘面或盘基部喷流起源一致。
• 发射气体质量从0.1 M⊙恒星的约10⁻¹² M⊙增加至1 M⊙恒星的约3×10⁻¹⁰ M⊙，占据的空间范围从~0.01 AU³增至~1 AU³。
• LVC光度与吸积率（Ṁ_acc ~ 10⁻¹¹–10⁻⁷ M⊙/yr）强相关，表明吸积与喷流质量损失之间存在直接关联。
• 观测到的LVC特性与简单光致蒸发模型不一致，反而更支持在盘面附近发生的磁驱动喷流机制。
• 研究结果为理论喷流启动模型提供了严格约束，尤其针对低质量T Tauri星，同时凸显了进一步研究LVC形成机制的必要性。