Max-Planck-Institut für Astronomie - Jahresbericht 2007

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88 III. Ausgewählte Forschungsgebiete 2 Chem. T grad bei V 0.77 km s −1 der kontinuumsubtrahierten HCO (4– 3)Karte ist in Abb. III.3.5 dargestellt. Diese Ausrichtung nahezu edgeon ist besonders vorteilhaft, da die geschichteten und die einheit lichen chemischen Strukturen der Scheibe in den Karten der einzelnen Kanäle klar unterschieden werden können, wenn ausreichend kleine Kanalbreiten von 0.1–0.2 km s −1 verwen det werden. Alle synthetischen Karten in den ein zelnen Kanälen weisen ein komplexes Muster auf und sind asymmetrisch. Das Modell mit Temperatur und Häu figkeitsgradient (links) weist eine bemer kens wer te »Omega«förmige Struktur auf, bei der die kal te Mit tel ebe ne mit geringer HCO Konzentration als zwei »In ten si tätslö cher« erscheint. Ein steiler ra dia ler Tem pe ra tur gra dient zur inneren Scheibenregion hin ist deutlich sichtbar, wäh rend der vertikale Tem pe ra tur gra dient aufgrund der star ken chemischen Schichtung dieser Spe zies nicht vollstän dig durch die HCO Linien verfolgt werden kann. Die HCO (4–3)Emission ist therma li siert und in diesem Fall optisch dünn. Die beiden Modelle mit einheitlichen Häufigkeiten haben relativ hohe HCO Säulendichten, sodass die Selbstabsorption bedeutend wird. In dem Modell mit konstantem vertikalem Temperaturverlauf führt dieser X const T grad Mittelebene X const T uni 0 15 0 30 0 30 Abb. III.3.5: (von links nach rechts): Die synthetische HCO (4 3)Karte im Geschwindigkeitskanal V 0.77 km s −1 für die drei Scheibenmodelle nach Subtraktion des Kontinuums: Das Modell mit chemischer Schichtung und Temperaturgradienten, das gleiche Modell mit einheitlichen Häufigkeien, mit und ohne vertikalen Temperaturgradienten. Der Neigungswinkel beträgt 60. Die Maßeinheit der Intensität ist die Strahlungstemperatur (Kelvin). Ef fekt zu einer Schicht mit einer geringen Intensität im obe ren Teil der Karte (Abb. III.3.5, rechts). Die gesamte In ten sität der HCO (4–3)Emission ist jedoch höher als bei dem Modell mit geschichteten Häufigkeiten. Der radiale Temperaturgradient ist in diesem Fall ebenfalls auffällig. Das Modell ohne chemische Schichtung und mit ver tikalem Temperaturgradienten weist ebenfalls eine Selbst absorptionsschicht im oberen Teil der Karte auf. Die Anregungstemperatur des HCO (4–3)Übergangs än dert sich erheblich mit der Scheibenhöhe und hat den niedrigsten Wert in der Mittelebene. Diese Zone mit geringer Intensität erscheint als falscher »Spiralarm« im unteren Teil der Karte (gekennzeichnet als »Mittelebene« in Abb. III.3.5, mittleres Bild). Man beachte, dass dieses Muster ein wenig der »Omega«Struktur des Modells mit der chemischen Schichtung des HCO ähnelt. Hier wird nur ein repräsentativer Kanal gezeigt. Die Analyse der interferometrischen Daten ist zuverlässiger, wenn alle Kanäle und die Kontinuumsemission des Staubes berücksichtigt werden. Obwohl alle berücksichtigten Modelle in den syn thetischen Karten unterschieden werden können, ist es wichtig, zu untersuchen, ob al m a in der Lage ist, die Aus
wir kun gen der thermischen und der che mi schen Struktur der Scheiben voneinander zu trennen. Zur Simulation der Beobachtungen mit alm a werden synthetische HCO (4–3)Karten bei einzelnen Ge schwin dig kei ten als Eingabe in die gi l d a SSi mu la tionsSoftware be nutzt. Die Astronomen konzentrieren sich hier auf den 0.77kms −1 Ka nal (mit einer Bandbreite von 120 kHz oder einer Geschwindigkeitsbreite von 0.1 km s −1 ). Es werden die typischen Wetterbedingungen am ChajnantorPla teau an ge nom men, wobei die folgenden Hauptfehlerarten zu Abb. III.3.6: Erste bis dritte Reihe – wie in Abb. III.3.5, jedoch bearbeitet mit dem gi l d a S al m a Simulator für die drei Array Konfigurationen und die 64 Antennen: »ZoomC« (Auflösung etwa 0.25, zwei Stunden Integrationszeit), »ZoomB« (0.5, 0.5 Stunden Integrationszeit) und »ZoomE« (Auflösung etwa 1, Geglättetes Objekt Fluss= 6.210 Jy (100%) Geglättetes Objekt Fluss= 17.6 Jy (100%) Geglättetes Objekt Fluss= 29.33 Jy (100%) Geglättetes Objekt Fluss= 13.28 Jy (100%) 5 Simulierte Beobachtung Fluss= 3.439 Jy (55%) Simulierte Beobachtung Fluss= 11.82 Jy (67%) Simulierte Beobachtung Fluss= 23.3 Jy (79%) 5 III.3 Chemie in protoplanetaren Scheiben 89 Störungen führen: 1) Die Empfängertemperatur beträgt 80K, die Systemtemperatur beträgt 230 K bei 357 GHz (siehe Guilloteau 2002), 2) Zufällige Ausrichtungsfehler während der Beobachtung werden mit 0.60 berücksichtigt, 3) die relativen Amplitudenfehler betragen 3 Prozent mit einer Verschiebung von 6 Prozent pro Stunde, 4) das RestPhasenrauschen nach Kalibrierung beträgt 30°, 5) anomale Refraktion. Es wird angenom men, dass das Objekt den Meridian in der Mitte eines Be obachtungslaufs passiert. Eine Integrationszeit von 30 Mi 0.5 Stunden Integrationszeit). Untere Reihe – die HCO (4–3) Karte im Geschwindigkeitskanal V 0.3 km s −1 für das Scheibenmodell mit chemischen Gradienten und einem Neigungs winkel von 20. Simulierte Beobachtung Fluss= 4.166 Jy (67%) Simulierte Beobachtung Fluss= 13.94 Jy (79%) Simulierte Beobachtung Fluss= 25.62 Jy (87%) 5 Simulierte Beobachtung Fluss= 5.106 Jy (87%) Simulierte Beobachtung Fluss= 16.13 Jy (92%) 5 5 5 5 Simulierte Beobachtung Fluss= 6.592 Jy (50%) Simulierte Beobachtung Fluss= 9.169 Jy (69%) Simulierte Beobachtung Fluss= 28.12 Jy (96%) 5 5 5 5 Simulierte Beobachtung Fluss= 11.31 Jy (85%) 5 5 5 5 5
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