ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 40, № 10, с. 681-693
УДК 524.6
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОБЛАСТИ ФОТОДИССОЦИАЦИИ Orion Bar ПО НАБЛЮДЕНИЯМ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ
РАДИОЛИНИЙ НА 8 мм
© 2014 г. А. П. Цивилев*
Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ Физического института
им. П. Н. Лебедева РАН, Москва Поступила в редакцию 04.04.2014 г.
На радиотелескопе РТ-22 (Пущино) на волне 8 мм были проведены наблюдения рекомбинационных радиолиний (РРЛ) углерода (С), водорода и гелия (Н, Не) в четырех позициях области фотодиссоциации (ОФД ) Orion Bar, а также на центр Орион А. Из сравнения полученных РРЛ углерода и инфракрасных линий СИ и О! проведены оценки физических параметров ОФД в этих точках. Получены концентрация водорода в интервале 1.2—3.1 х 105 см~3 и средний размер области по лучу зрения (L) в интервале 0.006—0.04 пк. Температура ОФД уменьшается с удалением от возбуждающей звезды (в1 С Ori) от 210—230 К до 140—150 К (расстояние «Б'). Полученные данные подтверждают увеличение размеров ОФД по лучу зрения в направлении на Orion Bar, где, однако, величина L оказалась меньше, чем имеющиеся значения в литературе, что можно объяснить наличием сгустков в ОФД. В районе Orion Bar намечается скачок плотности. Зона ОФД тонким слоем охватывает ядро области HII и продолжается дальше, обозначая в районе Orion Bar границу и ионизационный фронт ядра HII-области, а далее — границу между гало HII области и молекулярным облаком. В направлении на Orion Bar проведено сравнение полученной меры эмиссии (МЕ) с другими наблюдениями РРЛ С. Измеренная по РРЛ углерода МЕ « 100(±50%) пк см~6, что накладывает ограничения на возможную двухкомпонентную структуру ОФД. Оценки показывают, что в качестве источника ионизации углерода в ОФД Orion Bar вполне достаточно звезды в1 С Ori. По РРЛ Н и Не получены некоторые данные об ионизованном горячем газе (HII) в этом направлении. В частности, лучевые скорости (V¡sr) HII-области смещены в голубую сторону по отношению к V¡sr ОФД на 10—17 км/с, а относительное содержание ионизованного гелия уменьшается с удалением от звезды, указывая, что зона ионизации гелия меньше зоны ионизованного водорода.
Ключевые слова: межзвездная среда, области фотодиссоциации, HII-области, радиорекомбинацион-ные линии.
DOI: 10.7868/S0320010814100076
ВВЕДЕНИЕ
Область фотодиссоциации (ОФД) Orion Bar сформировалась в молекулярном облаке Orion А — одном из наиболее изученных астрономических объектов. Она является промежуточным слоем между молекулярным облаком и областью HII, которая образовалась на ближайшей к нам поверхности облака под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения, в основном от звезды в1 С Ori.
Область HII имеет структуру ядро-гало типа "блистер" (см., например, Поппи и др., 2007; Цивилев и др., 1986). По всей видимости, ОФД охватывает центр HII зоны тонким слоем и в районе
Электронный адрес: tsivilev@prao.ru
Orion Bar видна с ребра (см., например, Хогерхейд и др., 1995). Предположительно, в центре ОФД имеет форму тонкого слоя (skin) с толщиной до 0.4 пк, которая уменьшается к краю (Стаси и др., 1993). На расстоянии ~2' к юго-востоку от звезды в1 С Ori — в районе Orion Bar — плоскость слоя ОФД почти параллельна лучу зрения, границы области HII и молекулярного облака видны здесь с торца (Хогерхейд и др., 1995; Пеллерьини и др., 2009). Толщина "торца", измеренная по радиоре-комбинационной линии (РРЛ) С91а, равна ~20'' (Вировский и др., 1997), и далее, во вне, ОФД имеет продолжение в виде слоя (Хогерхейд и др., 1995). Натта и др. (1994) зарегистрировали РРЛ С 91а на расстоянии 8' от центра. В направлении на
Orion Bar наблюдается стратификация нескольких слоев: фронт HII области — ОФД — молекулярное облако. При этом Вировский и др. (1997) нашли, что пик молекулярной линии СО сдвинут дальше (от звезды в1 С Ori) относительно пика рекомби-национной линии С91а (ОФД) примерно на 20", который, в свою очередь, примерно на 20" расположен дальше, чем ионизационный фронт HII области, а пик излучения молекулярной линии Н2 находится между пиками С91а и СО. Пеллерьини и др. (2009) подтвердили такую картину, комбинируя данные ИК, оптики и радиодиапазонов. Сдвиг пиков между молекулярной линией Н2 и атомарной линией OI, отражающий местоположение ОФД, был получен также в близком инфракрасном (ИК) диапазоне (Волмсли и др., 2000).
Молекулярный газ, примыкающий к ОФД, по данным в линиях 12СО и 13СО состоит в основном из однородной среды с концентрацией водорода пн — 5 х 104 см"3. В этой среде находится несколько более плотных (пи > 106 см"3) сгустков, которые, как предполагается, не играют большой роли в формировании физических условий в ОФД (Таубер и др., 1994). По этим же измерениям кинетическая температура (Tk) молекулярного облака, равная в его глубине —30 К, увеличивается к границе с ОФД до -90-120 К (Таубер и др., 1994). Хогерхейди др. (1995) по линиям С18О, H2CO, CS и NCO+ согласны с подобной картиной, считая что -10% молекулярного материала находится в сгустках с пн w 1.0 х 106 см"3 и -90% — в однородной среде с плотностью пн w 3.0 х 104 см"3, а Tk равно (85 ± 30) К. Например, Гойкоши и др. (2011) считают, что наблюдаемые ими на спутнике Гершель ИК-линии гидрокисла (ОН) образуются в таких плотных (но теплых) сгустках с пн — 106"7 см"3 и Tk w 160—220 Кис малыми угловыми размерами 0.2—2".
Электронная концентрация области HII — известной туманности Ориона, — измеренная прямым методом по штарковскому уширению РРЛ водорода, пе = (1 ± 0.3) х 104 см3 (Смирнов и др., 1984), а электронная температура, измеренная по отношению интенсивностей этих линий и континуума, Те = 8000 ± 100 К(Сороченко и др., 1988).
ОФД, таким образом, является буферной зоной между горячим ионизованным газом и холодным молекулярным облаком.
В свое время нами был предложен новый способ оценки физических параметров ОФД по наблюдениям РРЛ С мм диапазона длин волн и сравнением их с ИК-линиями CII и OI (Сороченко, Цивилев, 2000, 2010), который, в отличие от других методов, позволяет прямо измерять физические параметры ОФД. Важно иметь прямые методы измерений,
чтобы сузить имеющийся в литературе разброс параметров. Например, имеющиеся в литературе значения Tk для Ori Bar имеют внушительный разброс от -50 К (Купер, Эванс, 1978) до 500-1600 К (Волмсли и др., 2000; Вировский и др., 1997).
Для одной позиции ОФД Orion Bar нами было получено Tk = 205 К и пН = 1.3 х 105 ем"3 (Сороченко, Цивилев, 2010).
В данной работе мы решили исследовать область Ori Bar более детально, проведя наблюдения РРЛ Н, Не и С на 8 мм в нескольких позициях Ori Bar, расположенных по линии с удалением от центра HII области (рис. 1) и с более лучшим частотным разрешением, чем раньше (Сороченко, Цивилев, 2000). Далее ставилась задача получить физические параметры ОФД в этих точках, сравнивая с данными по ИК-линиям CII и OI, имеющимися в литературе, и также получить некоторые сведения об ионизованном газе (HII) в этом направлении. Все это позволит расширить наши знания о строении ОФД Orion Bar как промежуточном слое между HII-областью и молекулярным облаком.
В следующем разделе будут описаны наблюдения РРЛ на 8 мм. Далее будет кратко представлен метод оценки физических параметров ОФД с получением их для Orion Bar, приведено обсуждение и анализ полученных параметров, в конце — заключение. Имеется также Приложение, где представлены полученные спектры.
НАБЛЮДЕНИЯ
Наблюдения РРЛ Н, Не и С перехода 56а (8 мм) проводились на радиотелескопе РТ-22 (Пущино, ФИАН) методом ON-ON на основе диаграммной модуляции (Сороченко и др., 1985) сканами по -5—7 мин. Данные каждого скана калибровались к антенной температуре и корректировались за поглощение атмосферой. Затем получали средние спектры по дням, далее — средние между днями и сессиями, реализуя накопления сигнала в десятки часов (Цивилев, 1998). В основном использовался автокорреляционный анализатор спектра с числом каналов 2048 и частотной шириной — 50 МГц. Часть данных была получена на новом 2-х канальном приемнике (две РРЛ смежных переходов, 56а и 57а одновременно) и цифровом 2-х канальном анализаторе спектра с теми же характеристиками. Параметры спектральных линий результирующего спектра определялись среднеквадратичной аппроксимацией спектров (фиттинг) методом максимальной окрестности (Смирнов, Цивилев, 1982; Цивилев, 1998). Угловое разрешение РТ-22 было ¿d .
Рис. 1. Положение позиций наблюдений РРЛ Н, Не и С (светлые окружности размером диаграммы РТ-22) на фоне карты Орион А в оптике (На и N11, Хуа, Луис, 1982) с наложенной контурной картой 23 ГГц(Вилсон, Паулс, 1984).
На рис. 1 показано расположение позиций, где проводились наблюдения, а полученные спектры представлены в Приложении. В табл. 1 приведены полученные параметры РРЛ: амплитуда в яркост-ных температурах, ширина линий на уровне 1/2 и лучевые скорости в км/с, а также времена накопления сигнала, координаты позиций, контраст линии водорода к континууму.
ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОФД Orion Bar
Способ оценки физических параметров ОФД по наблюдениям РРЛ С мм диапазона и сравнением их с ИК линиями CII и OI подробно описан в работах Сороченко, Цивилева (2000, 2010). Кратко напомним суть метода. Итак, необходимо определить три неизвестных значения ОФД, определяющие физические условия: Tk (температура), пн (плотность атомарного водорода) и L (глубина зоны ОФД по лучу зрения). Для этого нужно иметь три независимых уравнения, связывающие эти величины. И такими уравнениями являются:
Уравнение из наблюдений интенсивности С56а: I (C56) = fi(Tk,nH,L). (1)
Уравнение из наблюдений интенсивности ИК-линии углерода С11(158 мк):
I (С158) = /2(Тк ,пн,Ь). (2)
Уравнение из наблюдений ИК-линии кислорода 01(146 мк) (или О1(63 мк)):
I (0146) = /з(Тк,пн,Ь). (3)
Отношение уравнений (1) и (2) позволяет исключить Ь и получить уравнение, связывающее температуру и плотность:
I (С56)/1 (С158) = /4(Тк ,пн). (4)
Отношение уравнений (2) и (3) позволяет получить второе независимое уравнение, связывающее температуру и плотность:
I (С158)/1 (О146) = /5(Тк,пн) (5) {или! (С158)Д (0!63) = ^з(Тк ,пн)}.
Кривые,
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.