УДК524.527.7-866, 524.3-52-77
ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ МЕТАНОЛА В НАПРАВЛЕНИИ БИПОЛЯРНЫХ ПОТОКОВ
© 2007 г. С. В. Каленский1, В. Г. Промыслов1, А. Виннберг2
1 Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева, Москва, Россия 2Онсальская космическая обсерватория, Онсала, Швеция Поступила в редакцию 07.05.2006 г.; после доработки 07.07.2006 г.
В результате наблюдений 26 областей звездообразования, связанных с рождением звезд малой массы, и 17 областей звездообразования, связанных с рождением звезд большой массы, в линиях метанола 5_1 - 40E, 70 - 61A+, 80 - 71A+ и 2K - 1K на частотах 44.1, 84.5, 95.2 и 96.7 ГГц излучение обнаружено в 11 областях образования маломассивных звезд и 12 областях образования звезд большой массы. В областях образования маломассивных звазд наиболее сильные линии обнаружены в направлении биполярных потоков, связанных с протозвездами класса 0 со светимостью выше или порядка 10 Lq . Как правило, эти линии состоят из ядер шириной порядка 1—2кмс_1, которые соответствуют излучению спокойного газа, и более широких крыльев, которые соответствуют излучению газа, ускоренного высокоскоростными струями. Температура ускоренного газа, определенная при помощи расчетов статистического равновесия и при помощи вращательных диаграмм, оказалась порядка 20—50 К. Это означает, что значительная часть ускоренного газа остывает до таких температур. В наблюдениях областей образования звезд большой массы обнаружены линии шириной 2—3 км с_1 и больше. Лишь в случае двух источников (L1287, AFGL 5142) найдены слабые широкие крылья линий. Расчеты статистического равновесия дали для большинства источников температуру газа порядка 20— 30 K и плотность порядка 104 - 106 см_3, что является типичным для теплых облаков. Однако в разных переходах излучение возникает в расположенных в пределах главного луча диаграммы направленности телескопа областях с различными физическими условиями. Основной вклад в излучение на 96.7 ГГц дает теплый газ с температурой порядка 30 К, а основной вклад в излучение на 95.2 ГГц могут давать горячие области, расположенные вокруг молодых звездных объектов и (или) связанные с крыльями биполярных потоков.
PACS numbers: 97.10.Bt, 98.38.Dq, 98.38.Er, 98.38.Fs, 95.85.Bh
1. ВВЕДЕНИЕ
При исследовании мазерных источников в областях звездообразования большой интерес представляет изучение физических и химических процессов в крыльях биполярных потоков, где взаимодействие высокоскоростных струй с окружающим "спокойным" газом приводит к сильному нагреву этого газа за счет ударных волн. В таких областях мантии пылинок испаряются. Хорошо известно, что в результате такого испарения и последующей химической эволюции сжатого и нагретого газа обилие метанола, аммиака и многих других молекул возрастает [1]. Пламбек и Ментен [2] предположили, что именно в этих областях возникают мета-нольные мазеры, относящиеся по классификации Ментена [3] к I классу.
Мы предприняли поиск метанольных мазеров и сопутствующего теплового излучения в направлении ряда областей образования звезд различной
массы, где обнаружены биполярные потоки. Наблюдения велись в линиях 70 — 61А+, 5_1 — 40Е и 80 — 71А+ на частотах 44.1, 84.5 и 95.2 ГГц, а также в серии линий 2к — 1к на частоте около 96.7 ГГц. В настоящее время общепризнанным фактом является то, что на частотах 44.1, 84.5 и 95.2 ГГц возможно возникновение как мазеров, так и теплового излучения, в то время как только тепловое излучение может возникать на частоте 96.7 ГГц.
В список источников входил ряд биполярных потоков в областях образования звезд малой и промежуточной массы, а именно: сильные потоки от молодых звездных объектов (МЗО) класса1 0 со светимостью больше или порядка 10 £©, менее мощные потоки от объектов со светимостью
1 Разделение МЗО на классы проведено в работах Лады [4]
и Андре и др. [5].
порядка 1 Lq, потоки от более проэволюцио-нировавших МЗО (протозвезд I класса и звезд типа Т Тельца). Наблюдавшиеся нами источники описаны в работах [6—9]2 . Кроме того, мы пронаблюдали ряд биполярных потоков в областях образования звезд большой массы, взятые, главным образом, из обзоров Снелла и др. [10, 11] и Филлипса и др [12]. Таким образом, отобранные для наблюдений объекты включают биполярные потоки, имеющие различные размеры, импульсы и энергию. Всего проведены наблюдения 26 областей образования звезд малой массы и 17 областей образования звезд большой массы. Для многих из этих областей звездообразования наблюдались несколько участков — как правило, центральные источники и крылья биполярных потоков.
В результате было обнаружено 3 мазера в областях образования звезд малой массы и множество тепловых источников, связанных с областями образования звезд как малой, так и большой массы. Результаты по мазерам в областях образования маломассивных звезд опубликованы в статье Ка-ленского и др. [13]. Однако нам представляется, что анализ и публикация результатов по тепловому излучению на 84.5, 95.2 и 96.7 ГГц представляет самостоятельный интерес. Это вызвано тем обстоятельством, что для большой части наблюдавшихся нами объектов физические и химические характеристики как ускоренного, так и спокойного газа известны плохо, и наблюдавшиеся линии могут быть использованы для того, чтобы определить эти характеристики. Следует отметить, что после опубликования результатов квантовомеханических расчетов столкновительных констант [14] метанол стал одним из лучших зондов для определения температуры и плотности межзвездного газа [15, 16].
2. НАБЛЮДЕНИЯ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ
Все наблюдения были выполнены на 20-м радиотелескопе в Онсале (Швеция). Аппаратура и методика наблюдений описаны в предыдущей статье [13]. Наблюдения на 44.1 ГГц проводились в декабре 2004 г., а наблюдения в 3-мм диапазоне длин волн (на 84.5 ГГц, 95.2 ГГц и 96.7 ГГц) — в мае 2001 г. Частоты и силы наблюдавшихся линий, а также основные параметры телескопа на частотах линий приведены в табл. 1.
Обработка спектров проводилась с помощью пакета программ CLASS. Частоты переходов (табл. 1) взяты из базы данных Ловаса3. При
2 Основные характеристики всех наблюдавшихся нами источников приведены в электронных таблицах на сайте
http://tanatos.asc.rssi.ru/ kalensky/ms1/ms1.html.
3 http://physics.nist.gov/cgi-bin/micro/table5/start.pl.
Таблица 1. Основные параметры наблюдавшихся линий и основные параметры телескопа на частотах линий
Переход Частота, ГГц V2S ,Д Elow , см-1 HPBW nmb
5-i-4oE 84.521206 3.0830 25.254 44" 0.60
8o-7iA+ 95.169516 7.2211 54.888 39 0.55
7o-6iA+ 44.069476 6.1380 43.694 82 0.50
2-i-1-iE 96.739393 1.2133 5.490 39 0.55
2o-1oA+ 96.741377 1.6171 1.614 39 0.55
2o-1oE 96.744549 1.6167 10.736 39 0.55
2i-1iE 96.755507 1.2443 16.241 39 0.55
Примечание. — Произведение перманентного дипольного момента и силы линии (из работы Мюллера и др. [17]). HPBW — Ширина главного луча диаграммы направленности на уровне половинной интенсивности.
ПтЬ — Эффективность главного луча диаграммы направленности.
обработке спектров 2к — 1к мы столкнулись с проблемой, связанной с тем, что в направлении многих источников линии состоят из узких ядер и широких крыльев, которые сильно блендированы. Процесс обработки этих данных проходил следующим образом: сначала вычитался суммарный вклад крыльев и аппроксимировались гауссиа-нами ядра линий, а затем из исходного спектра вычитались эти гауссианы и аппроксимировались крылья. При аппроксимации как ядер, так и крыльев предполагалось, что значения ширины и лучевой скорости максимума линий с различными значениями квантового числа К одинаковы.
Информацию о наблюдавшихся источниках, гауссовы параметры обнаруженных линий, а также все спектры можно найти на сайте http://tanatos.asc.rssi.ru/ kalensky/msl/ms1.html. Результаты наблюдений для областей образования звезд малой и большой массы представлены отдельно.
3. ОБЛАСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ЗВЕЗД МАЛОЙ МАССЫ
3.1. Результаты наблюдений
Результаты наблюдений областей образования маломассивных звезд на частоте 44.1 ГГц полностью приведены в [13]; эти результаты при анализе не используются, и поэтому в данной статье мы их не приводим. Спектры наиболее интересных объектов в 3-мм диапазоне показаны на рис. 1. Излучение хотя бы в одной линии хотя бы в одной наблюдавшейся точке было найдено в 11 из 26 областей. Наиболее сильные линии обнаружены
0.3 0.2 0.1 0
-0.1 0.3 0.2 0.1 0 -0.1
0.5 0
NGC 1333 IRS 2
NGC 1333 IRS 2(3)
NGC 1333 IRS 4A
NGC 1333 IRS 4B
i-г
_ 84 ГГц
_ 95 ГГц
N
96 ГГц
20
0.5
0.5
0 1.0 0.5 0
-20
0
i
w
20
HH 25(2)
1 84 ГГц 1 1 ад»
95 ГГц tyffrf 1 1
96 ГГц
20
0.5
0
0.2 0.1 0 0.1
0.5 0
1.0
0.5
0 0.4
0.2
0
0.2 1.0
0.5
0
-20
84 ГГц i i i
95 ГГц (#/ i i i ш 1
96 ГГц щ/^ Wiy
0
20
0.6 0.4 0.2 0
0.4 0.2 0 -0.2 1.0 0.5 0
- II -84 ГГц 1 i i i
_ 95 ГГц ■+ 1
96 ГГц f«T 1 1 1
20
L1157 B1
20
20
-20
0
20
0.6 0.4 0.2 0
0.4 0.2 0
1.0 0.5 0
20
L1157 B2 0.4 0.2
0.6 0.4 1 1 " 84 ГГц |l i
0.2 ~ 1 *Р - 0
0 -0.2 - k0 i i Wir\-1 -0.2
0.2 95 ГГц 0.5
0 - fwWb- i i i 0
1.0 96 ГГц
0.5 " п/Л, "
0
1 1 i
95 ГГц 1 1 Vwm i
96 ГГц 1
20
L1228
Рис. 1. Спектры, зарегистрированные в направлении некоторых областей образования звезд малой массы. По оси X отложена лучевая скорость относительно местного стандарта покоя в км с-1, по оси У — антенная температура в К. Лучевая скорость на спектрах серии линий 2К — 1к (96 ГГц) соответствует частоте линии 20 — 10 А+.
в направлении биполярных потоков, связанных с МЗО класса 0 со светимостью больше или порядка 10 Lq . Как правило, эти линии состоят из ядер
шириной порядка 1—2 км с-1 и широких крыльев, связанных с газом, ускоренным высокоскоростными струями (см., например, спектр источника NGC 1333 IRS2 в точке 3 на рис. 1). Однако в направлении некоторых подобных источников наблюдаются либо только узкие линии шириной 1—2 км с-1 или уже, либо только более широкие линии (3—5 км с-1 или шире) без каких-либо узких деталей. Наиболее сильные крылья, как правило,
наблюдаются на частоте 84.5 ГГц. Исключение составляет глобула В335, в которой излуч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.