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天体物理学 > 地球与行星天体物理学

arXiv:2409.03831 (astro-ph)
[提交于 2024年9月5日 ]

标题: 通过JWST-MIRI观测的盘中热分辨水蒸气分布的检索

标题: Retrieval of Thermally-Resolved Water Vapor Distributions in Disks Observed with JWST-MIRI

Authors:Carlos E. Romero-Mirza, Andrea Banzatti, Karin I. Öberg, Klaus M. Pontoppidan, Colette Salyk, Joan Najita, Geoffrey A. Blake, Sebastiaan Krijt, Nicole Arulanantham, Paola Pinilla, Feng Long, Giovanni Rosotti, Sean M. Andrews, David J. Wilner, Jenny Calahan, The JDISCS Collaboration
摘要: 中红外水蒸气发射光谱提供了一种新方法,用于表征冰质卵石向原行星盘最内部($<5$au)区域的输送。 最近,JWST MIRI-MRS显示,紧凑盘相对于扩展多间隙盘表现出低能水蒸气发射的过量,表明冰质卵石漂移在前者中更有效。 我们进行了详细的发射线建模,以检索JDISC调查中四颗紧凑盘和三颗扩展盘中旋转水蒸气发射的激发条件。 我们提出了双温度H$_2$O板模型反演,并首次通过拟合参数化径向温度和柱密度剖面来限制水蒸气的空间分布。 这些模型在统计上优于双温度板拟合。 我们发现可观测的热水蒸气质量与恒星质量吸积率之间存在相关性,以及冷态水蒸气质量与亚毫米尘埃盘半径之间的负相关性,证实了之前报告的水线通量趋势。 我们发现中红外光谱可以追踪温度低至180-300 K的H$_2$O,但最冷的150-170 K气体仍未被检测到。 此外,H$_2$O温度剖面通常比被动照射盘中预期的“超加热”尘埃温度更陡峭且更冷。 柱密度剖面用于估计冰质卵石质量通量,这表明如果局部供给机制主导其形成,紧凑盘和扩展盘可能产生明显不同的内盘系外行星种群。
摘要: The mid-infrared water vapor emission spectrum provides a novel way to characterize the delivery of icy pebbles towards the innermost ($<5$ au) regions of planet-forming disks. Recently, JWST MIRI-MRS showed that compact disks exhibit an excess of low-energy water vapor emission relative to extended multi-gapped disks, suggesting that icy pebble drift is more efficient in the former. We carry out detailed emission line modeling to retrieve the excitation conditions of rotational water vapor emission in a sample of four compact and three extended disks within the JDISC Survey. We present two-temperature H$_2$O slab model retrievals and, for the first time, constrain the spatial distribution of water vapor by fitting parametric radial temperature and column density profiles. Such models statistically outperform the two-temperature slab fits. We find a correlation between the observable hot water vapor mass and stellar mass accretion rate, as well as an anti-correlation between cold water vapor mass and sub-mm dust disk radius, confirming previously reported water line flux trends. We find that the mid-IR spectrum traces H$_2$O with temperatures down to 180-300 K, but the coldest 150-170 K gas remains undetected. Furthermore the H$_2$O temperature profiles are generally steeper and cooler than the expected `super-heated' dust temperature in passive irradiated disks. The column density profiles are used to estimate icy pebble mass fluxes, which suggest that compact and extended disks may produce markedly distinct inner-disk exoplanet populations if local feeding mechanisms dominate their assembly.
评论: 已接受发表于ApJ
主题: 地球与行星天体物理学 (astro-ph.EP)
引用方式: arXiv:2409.03831 [astro-ph.EP]
  (或者 arXiv:2409.03831v1 [astro-ph.EP] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2409.03831
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Carlos Eduardo Romero-Mirza [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 9 月 5 日 18:00:05 UTC (33,351 KB)
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