Исследования процессов звездообразования в

Исследования процессов
звездообразования в
субмиллиметровом диапазоне
Д. Вибе, В. Акимкин, М. Храмцова,
Я. Павлюченков, М. Кирсанова,
О. Кочина
Институт астрономии РАН
Базовый сценарий
звездообразования
C2S
NH3
H2
CO
Лед СО, СО2, H2O
CO
1 пс
10 пс
Молекулярное облако
10 000 а.е.
Ядра молекулярных облаков
Гравитационный коллапс
SO
,
SO
2
OH
CH 3
Протозвезда
1 000 а.е.
300 а.е.
Звезда типа Т Тельца с диском
50 а.е.
Планетная система
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 ИКдиапазона
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 подгонки
Параметр
Без PACS
Полная
фотометрия
Возраст протозвезды (лет)
Масса протозвезды (M)
Радиус протозвезды (R)
Температура протозвезды (K)
Темп аккреции в оболочке (M/год)
Внешний радиус оболочки (а.е.)
Угол раскрытия оболочки
Масса диска (M)
Внешний радиус диска (а.е.)
Внутренний радиус диска (а.е.)
Окружающая плотность (г см–3)
Темп аккреции в диске (M/год)
Полная светимость (L)
Масса оболочки (M)
3430
14.53
117.98
4366
6.60·10–4
1.80·104
3.3°
0.128
12.4
9.51
6.38·10–21
7.29·10–6
4560
31.1
2320
6.23
46.88
4167
2.24·10–4
3.48·104
2.2°
0.566
3.56
2.32
2.83·10–21
1.90·10–4
1280
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 спектроскопия
Компонент
HD
OI
OH
H2O
OIII
H2O
H2O
H2O
HD
OH
NII
H2O
H2O
OI
CH
Длина волны,
мкм
56
63
79
79
88
90
101
108
112
119
122
139
145
145
149
Компонент
CII
OH
H2O
H2O
NII
O2
H2O
H2O
HDO
CI
H2O
CH
CI
HDO
H2D+
Длина волны,
мкм
158
164
175
180
205
268
269
303
335
370
538
558
610
645
806
HD в диске TW Hya (а также СО и HCO+)
Hughes et al. (2011)
Возраст 10 млн. лет
Масса диска 0,05 M
HCO+(4-3), 356.7342 ГГц, ALMA
Bergin et al. (2013)
http://casaguides.nrao.edu/index.php?title=TWHydraBand7
Вода и HD в диске TW Hya
DM Tau, Bergin et al., A&A., 2010
очень мало холодных паров воды
Вода в протопланетных дисках
TW Hya, Hogerheijde et al. (2011)
DM Tau, Bergin et al. (2010)
DG Tau, Podio et al. (2013)
Эффект роста пылинок
Akimkin et al. (2013)
Красный — пыль МЗС
Синий — рост пылинок
Вода в Солнечной системе
Вода в протозвёздных объектах
NGC 6334I, Emprechtinger et al. (2013)
Высоковозбуждённые уровни СО
Высоковозбуждённые уровни СО
Orion KL
Extended 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
H2 + F = HF + H
AFGL 2591
Emprechtinger et al. (2012)
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
Чувствительность спектральных
обзоров
Schilke et al. (2001)
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
Предложения по техническим
возможностям обсерватории
«Миллиметрон»
1. Рабочий диапазон, охватывающий
длины волн ниже 100 мкм
2. 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.
Pontoppidan et al. (2010)