[論文レビュー] A new probe of magnetic fields during high-mass star formation: Zeeman splitting of 6.7 GHz methanol masers

W. H. T. Vlemmings|ArXiv.org|Apr 7, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 50被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、100メートル効エルスベルク望遠鏡を用いて、6.7 GHzメタノールメーザーにおけるゼーマン分裂の最初の顕著な検出を報告する。これにより、高質量星形成領域における磁場強度の直接測定が可能になった。観測された平均線形方向磁場は12 mGであり、ランダムな磁場の向きを補正した総磁場強度は23 mGであった。これは、磁場が高密度メーザー領域で力学的に重要な役割を果たしていることを示しており、銀河磁場マッピングの新しいプローブを提供する。

ABSTRACT

Context: The role of magnetic fields during high-mass star formation is a matter of fierce debate, yet only a few direct probes of magnetic field strengths are available. Aims: The magnetic field is detected in a number of massive star-forming regions through polarization observations of 6.7 GHz methanol masers. Although these masers are the most abundant of the maser species occurring during high-mass star formation, most magnetic field measurements in the high-density gas currently come from OH and H2 O maser observations. Methods: The 100-m Effelsberg telescope was used to measure the Zeeman splitting of 6.7 GHz methanol masers for the first time. The observations were performed on a sample of 24 bright northern maser sources. Results: Significant Zeeman splitting is detected in 17 of the sources with an average magnitude of 0.56 m/s . Using the current best estimate of the 6.7 GHz methanol maser Zeeman splitting coefficient and a geometrical correction, this corresponds to an absolute magnetic field strength of 23 mG in the methanol maser region. Conclusions: The magnetic field is dynamically important in the dense maser regions. No clear relation is found with the available OH maser magnetic field measurements. The general sense of direction of the magnetic field is consistent with other Galactic magnetic field measurements, although a few of the masers display a change of direction between different maser features. Due to the abundance of methanol masers, measuring their Zeeman splitting provides the opportunity to construct a comprehensive sample of magnetic fields in high-mass star-forming regions.

研究の動機と目的

• 6.7 GHzメタノールメーザーにおけるゼーマン効果を用いて、高質量星形成領域の磁場強度を測定すること。
• 高質量星形成中の高密度ガスにおける磁場の力学的役割を評価すること。
• メタノールメーザーを、高密度領域における磁場測定の新しい豊富なプローブとして確立すること。
• 既存のOHおよびH2Oメーザーのデータと比較して、メタノールメーザーの磁場測定値を検討すること。
• メタノールメーザーのゼーマン分裂が、包括的な銀河磁場マップの構築にどのように寄与できるかを検討すること。

提案手法

• 24個の明るい北天の6.7 GHzメタノールメーザー源を、右回り円偏光（RCP）および左回り円偏光（LCP）で観測した100メートル効エルスベルク望遠鏡の観測を実施した。
• RCPおよびLCPプロファイル間の微小なドップラー・シフト差を用いて、ゼーマン分裂を走査相関法により導出した。
• 6.7 GHzメタノール遷移に対する現在の最良推定ゼーマン分裂係数を用い、周波数の分裂を磁場強度に変換した。
• 幾何学的補正係数を適用して、線形方向成分から総磁場強度を推定した。
• クェサーオブジェクト（3C123、3C286、3C84）を用いてアンプリチュードを校正し、わずかなRCP/LCP利得差を補正した。
• 文献からの運動距離を用い、磁場ベクトルを銀河平面に投影して空間的文脈を付与した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6.7 GHzメタノールメーザーにおいて、ゼーマン分裂を信頼性高く測定できるか。これにより、磁場のプローブとしての有効性が確立されるか。
• RQ2 高質量星形成の過程で6.7 GHzメタノールメーザーが示す高密度ガスにおける典型的な磁場強度はどの程度か。
• RQ3 OHおよびH2Oメーザーからの磁場強度および方向と比較して、メタノールメーザーからの結果はどうなるか。
• RQ4 高質量星形成領域における磁場強度とガス密度の間に相関があるか。
• RQ5 メタノールメーザーのゼーマン測定値は、大規模な銀河磁場マップの構築に貢献できるか。

主な発見

• 観測された24源のうち17源で顕著なゼーマン分裂が検出され、検出率は70％であった。
• メタノールメーザー領域における平均線形方向磁場強度は12 mGであり、ランダムな磁場の向きを補正した総磁場強度は23 mGであった。
• OHメーザーから導かれた磁場強度とメタノールメーザーの磁場強度との間に明確な相関は見られず、空間分解能の違いや平均化効果が主な要因とされる。
• メタノールメーザーからの磁場方向は、OHメーザーからのものと一致しており、大規模銀河磁場モデル（OHメーザーにおける磁場反転を含む）とも整合的であった。
• 観測された磁場強度はガス密度に比例してB ∝ n^0.5の関係を示し、理論的モデルおよび低密度分子雲の測定結果とも整合的であった。これは、磁場が高密度領域でも依然として結合していることを示唆している。
• 結果は、高質量星形成過程における高密度ガスにおいて磁場が力学的に重要な役割を果たしていることを確認しており、メタノールメーザーは将来的な大規模磁場調査のための独自で豊富なプローブを提供する。