Исследования процессов звездообразования в...

Исследования процессов звездообразования в

субмиллиметровом диапазонеД. Вибе, В. Акимкин, М. Храмцова,

Я. Павлюченков, М. Кирсанова,О. Кочина

Институт астрономии РАН

Базовый сценарий звездообразования

Протозвезда1 000 а.е.

CH

OH

3

SO

, SO

2

Гравитационны й коллапс

10 000 а.е.

Лед СО , СО , 2 H O2

Ядра молекулярны х облаков

1 пс

C S2

N H 3

C O

М олекулярное облако

10 пс

C O

H 2

Планетная система

50 а.е.Звезда типа Т Тельца с диском

300 а.е.

Классы протозвёздных объектов

Субмиллиметровый диапазон

• Континуум — холодная пыль– температура, плотность (пыли), магнитное

поле…

• Спектральные линии — горячий газ– температура, плотность, кинематика,

магнитное поле…

Восстановление параметров по наблюдениям в миллиметровом

диапазоне

Павлюченков и др. (2011)

Важность дальнего ИК-диапазона

Павлюченков и др. (2011)

Максимум излучения —на 100-200 мкм

Ohlendorf et al. (2012)

Подгонка спектров

Whitney et al. (2003), Robitaille et al. (2007)

Только ближний ИК-диапазон

Ближний и дальний ИК-диапазон

Без данных PACS

Ohlendorf et al. (2012)

Результаты подгонкиПараметр Без PACS Полная

фотометрия

Возраст протозвезды (лет) 3430 2320Масса протозвезды (M) 14.53 6.23Радиус протозвезды (R) 117.98 46.88Температура протозвезды (K) 4366 4167Темп аккреции в оболочке (M/год) 6.60·10–4 2.24·10–4

Внешний радиус оболочки (а.е.) 1.80·104 3.48·104

Угол раскрытия оболочки 3.3° 2.2°Масса диска (M) 0.128 0.566Внешний радиус диска (а.е.) 12.4 3.56Внутренний радиус диска (а.е.) 9.51 2.32Окружающая плотность (г см–3) 6.38·10–21 2.83·10–21

Темп аккреции в диске (M/год) 7.29·10–6 1.90·10–4

Полная светимость (L) 4560 1280Масса оболочки (M) 31.1 43.8

С учётом данных PACS

Беззвёздное ядро B68

Alves et al. (2001)

Беззвёздное ядро B68

Nielbock et al. (2012)

Спектр B68

Nielbock et al. (2012)

Карта температуры и плотности B68

Nielbock et al. (2012)

Пыль в зонах ионизованного водорода Paladini et al. (2012)

Пыль в зонах ионизованного водорода

Anderson et al. (2012)

Пыль в зонах ионизованного водорода

Paladini et al. (2012)

Пыль в зонах ионизованного водорода

Павлюченков и др. (2013)

Фотометрия дисков

http://caravan.astro.wisc.edu/protostars/index.php

Cieza et al. (2013)

Диски у маломассивных звёзд

Harvey et al. (2012)

Эффект роста пылинок

Akimkin et al. (2013)

Статистика дисков

Herschel PACS: ~3 мЯн, 5σ, 1час. Но! Точность калибровки ~20-30%

Субмм континуум

• Параметры и эволюция пыли• Плотность и температура как индикаторы

эволюционного статуса• Плотность и температура как входные

данные для интерпретации наблюдений молекулярных линий

Субмм спектроскопияКомпонент Длина волны,

мкмКомпонент Длина волны,

мкмHD 56 CII 158OI 63 OH 164OH 79 H2O 175H2O 79 H2O 180OIII 88 NII 205H2O 90 O2 268H2O 101 H2O 269H2O 108 H2O 303HD 112 HDO 335OH 119 CI 370NII 122 H2O 538H2O 139 CH 558H2O 145 CI 610OI 145 HDO 645CH 149 H2D+ 806

HD в диске TW Hya (а также СО и HCO+)

Bergin et al. (2013)

Возраст 10 млн. летМасса диска 0,05 M

http://casaguides.nrao.edu/index.php?title=TWHydraBand7

HCO+(4-3), 356.7342 ГГц, ALMA

Hughes et al. (2011)

Вода и HD в диске TW Hya

DM Tau, Bergin et al., A&A., 2010очень мало холодных паров воды

Вода в протопланетных дисках

DM Tau, Bergin et al. (2010)

TW Hya, Hogerheijde et al. (2011)

DG Tau, Podio et al. (2013)

Эффект роста пылинок

Akimkin et al. (2013)Красный — пыль МЗССиний — рост пылинок

Вода в Солнечной системе

Вода в протозвёздных объектахNGC 6334I, Emprechtinger et al. (2013)

Высоковозбуждённые уровни СО

Высоковозбуждённые уровни СО

Orion KLExtended Ridge (сплошная синяя)Outflow/Plateau (штриховая синяя)Compact Ridge (сплошная красная)Hot Core (штриховая красная)

Plume et al. (2012)

HF в областях звездообразования

NGC 6334 I

AFGL 2591

Emprechtinger et al. (2012)

H2 + F = HF + H

Примеры спектров

Частота, ГГц

SMA: G19.61−0.23

Qin et al. (2010)

Идентификация линий в Orion KL

• 16000 линий в диапазоне 80-280 ГГц

• До 2005 года 8000 линий не отождествлено

• После получения лабораторных данных о линиях двух молекул (CH3CH2CN и CH2CHCN) количество неотождествлённых линий сократилось до 6000

Schilke et al. (2001)

Чувствительность спектральных обзоров

Значение спектральных обзоров

Crockett et al. (2010) Bergin et al. (2010)

Трудности отождествления

• Огромное количество линий одной молекулы• Большое количество молекул• Изотопологи• Атмосферное пропускание и ограничения

наблюдений• Ограниченное количество объектов• Отсутствие лабораторных данных о спектрах

Астробиология

• Уверенное отождествление органических молекул

• Исследование их распределения на малых масштабах

Pontoppidan et al. (2010)

Предложения по техническим возможностям обсерватории «Миллиметрон»1. Рабочий диапазон, охватывающий длины волн ниже 100 мкм2. Возможность спектроскопии высокого разрешения (не хуже 0.05 км/с), в том числе, на длинах волн менее 100 мкм.3. Чувствительность на уровне квантового предела и максимально точная абсолютная калибровка (~3%).4. Возможность поляриметрии.