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大质量恒星形成区和恒星SiO脉泽的谱线观测研究

作　者: 陈曦
导　师: 沈志强
学　校: 中国科学院研究生院（上海天文台）
专　业: 射电天体物理
关键词: 恒星形成外流脉泽红超巨星(VX Sagittarii) 谱线VLBI
分类号: P141
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本篇论文利用中国紫金山天文台青海观测站的13.7米口径毫米波望远镜和美国国立射电天文台的甚长基线干涉阵（VLBA）对大质量恒星形成区的CO分子和恒星SiO脉泽进行了谱线的观测与研究。大质量恒星形成的研究目前是一个十分活跃的领域。人们对大质量恒星形成的了解相对于小质量星是十分贫乏的。对于大质量星形成过程目前主要有两个观点：类似于小质量星形成的吸积方式和由中、小质量原恒星并和形成方式。如果大质量星是通过吸积方式形成，那么大质量恒星形成过程可分为几个演化阶段：巨分子云→星前核→热核→UC HⅡ区。因此通过比较不同演化阶段的分子云核与外流的物理性质，会帮助我们更好地理解大质量恒星的形成过程。我们利用紫金山天文台青海站的13.7 m毫米波望远镜，对处在不同环境下的九个大质量恒星形成区进行了¹²CO（J=1-0），¹³CO （J=1-0）和C¹⁸O （J=1-0）的成图观测。样本中7个源探测到了¹³CO云核，5个源探测到C¹⁸O云核。只探测到2个源有明显的外流结构，且伴有C¹⁸O云核及水脉泽。首次在HⅡ区S152／S153内探测到可能与红外源IRAS 22566+5828成协的¹²CO分子外流。并采用典型的LTE方法给出了这些云核与外流的物理参量。观测结果表明只有当恒星形成演化到一定的阶段，使得气体密度足够高时，才会形成C¹⁸O云核，而同时出现C¹⁸O云核和H₂O脉泽时形成外流的可能性极高。天体脉泽作为一种极端的非热平衡现象，为我们提供了研究一些特殊的天文环境，特别是小尺度环境的物理和动力学条件的最好工具。谱线甚长基线干涉（VLBI）技术在脉泽的观测中得到了广泛的应用，它为研究脉泽源的空间分布、视尺度以及运动学提供了有力的手段。我们在文中介绍了目前关于脉泽的最新研究进展和应用领域，同时也总结了谱线VLBI基本原理及其数据处理流程。我们利用VLBA在1999年4-5月份期间对M-型半规则变星VX Sgr拱星包层中的43 GHzυ=1，J=1-0 SiO脉泽进行了三个历元的观测。这些高分辩的VLBA观测揭示了在时间间隔为1个月的观测时间里，VX Sgr的SiO脉泽的分布几乎没有发生明显的变化，都呈相似的环型结构，其半径为3个恒星半径（R_*），这个结果与晚型星SiO脉泽分布于恒星表面2-4 R_*的典型值相一致。另外，与前期VLBI观测结果相比，SiO脉泽分布的整体形态发生了明显的变化，SiO脉泽的主要辐射区域从1992和1994年的西南方向变化到我们观测时（1999）的东北方向，这暗示着在从1992／1994年到1999年的～5-7年的时间里，VX Sgr的主要质量损失流的方向也从西南方向变化到了东北方向。通过对脉泽“spot”的两点相关函数分析，我们得到在两个尺度范围0.03-0.25 mas和0.5-20 mas上，SiO脉泽“spot”有很强的成团性。幂率谱的中断处0.25 mas表明由脉泽“spot”形成脉泽“feature”的角直径为0.5 mas。通过比较成图流量密度比（即VLBI的互相关流量密度与单天线的流量密度的比值），发现在我们观测时的SiO脉泽大小明显要小于1992年的观测结果。这可能与由恒星活动性引起的SiO脉泽的突然爆发现象有关。通过对42个在三个历元上都存在的脉泽“feature”的“脉泽对运动尺度”（即每对脉泽间在不同历元上距离的差值）分析，我们得到在假定VX Sgr距离为1.7 kpc时，SiO脉泽壳层在以4 km s^-1的速度内落收缩。这个内落运动速度值基本与声速同一量级，很容易通过引力加速拱星尘埃壳层的物质来获得。利用SiO脉泽自行的统计视差分析，我们估算VX Sgr的距离为1.58±0.15 kpc。这个距离值与利用水脉泽自行测定的距离值是一致的。在此距离上VX Sgr可以被证认为是红超巨星。

全文目录

致谢  3-5
摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-16
第一章简述  16-42
  1.1 大质量恒星形成简述  16-20
  1.2 天体脉泽  20-42
    1.2.1 天体脉泽的分类和基本特征  20-21
    1.2.2 脉泽辐射的基本理论  21-24
    1.2.3 脉泽的研究及应用领域  24-42
第二章谱线VLBI基本原理及其数据处理  42-78
  2.1 谱线VLBI基本原理  42-54
    2.1.1 基本概念  42-45
    2.1.2 谱线VLBI数据校准  45-54
  2.2 谱线VLBI数据处理流程  54-78
第三章不同演化阶段大质量恒星形成区的CO观测  78-98
  3.1 引言  78-79
  3.2 观测样本  79-82
  3.3 观测与数据处理  82-84
  3.4 观测结果  84-92
    3.4.1 分子云核  84-88
    3.4.2 ~(12)CO外流  88-92
  3.5 讨论  92-96
    3.5.1 云核及其演化  92-94
    3.5.2 外流及其演化  94-96
  3.6 小结  96-98
第四章 VX Sgr 43 GHz SiO脉泽结构与运动学研究  98-138
  4.1 引言  98-102
  4.2 VLBA数据处理与成图结果  102-115
    4.2.1 第一个历元  102-104
    4.2.2 第二个历元  104-105
    4.2.3 第三个历元  105-115
  4.3 结果与讨论  115-137
    4.3.1 SiO脉泽"spot"和"feature"的统计分析  115-121
    4.3.2 SiO脉泽的壳层结构  121-125
    4.3.3 SiO脉泽的运动学研究  125-133
    4.3.4 VX Sgr距离测定  133-137
  4.4 小结  137-138
第五章总结与展望  138-144
  5.1 总结  138-140
  5.2 工作展望  140-144
附录A 谱线VLBI数据处理流程图  144-146
附录B VX Sgr 3个历元的43 GHz SiO脉泽"feature"的参量  146-154
参考文献  154-166
发表文章目录  166-168
简历  168

大质量恒星形成区和恒星SiO脉泽的谱线观测研究

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