[論文レビュー] A search for precursors of Ultracompact HII Regions in a sample of luminous IRAS sources. III: Circumstellar Dust Properties

S. Molinari, J. Brand+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡から得られたサブミリ波長およびミリ波長連続スペクトル測光を用いて、30個の明るいIRAS源（超小形HII領域の可能性のある前身星とされる）の周囲惑星環状ダストの性質を調査した。その結果、ダスト温度は24–45 K、ダスト発光指数βは1.56–2.38、ダスト質量は最大で500 M☉に達する。特に、電波放射のない源ではダストの面密度が高くないことが判明し、HII領域形成の抑制要因としてダストが関与しているとは考えにくく、前ZAMS星や初期ZAMS星における残留降着が、明るい源で電波放射が観測されない最も妥当な説明であることが示された。

ABSTRACT

The James Clerk Maxwell Telescope has been used to obtain submillimeter and millimeter continuum photometry of a sample of 30 IRAS sources previously studied in molecular lines and centimeter radio continuum. All the sources have IRAS colours typical of very young stellar objects (YSOs) and are associated with dense gas. In spite of their high luminosities (L>10000 solar units), only ten of these sources are also associated with a radio counterpart. In 17 cases we could identify a clear peak of millimeter emission associated with the IRAS source, while in 9 sources the millimeter emission was extended or faint and a clear peak could not be identified; upper limits were found in 4 cases only. Using simple greybody fitting model to the observed SED, we derive global properties of the circumstellar dust. The dust temperature varies from 24 K to 45 K, while the exponent of the dust emissivity vs frequency power-law spans a range 1.56

研究の動機と目的

• 30個の明るいIRAS源（超小形HII領域の前身星と推定される）の周囲ダスト環境を同定し、特徴づけること。
• 電波連続スペクトル放射の有無にかかわらず、ダストの性質（温度、質量、発光指数）に差が認められるかどうかを検証し、HII領域の非検出要因としてのダスト消光効果を検証すること。
• ダストスペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、前ZAMS星およびZAMS星のモデルと比較することで、これらの源の進化段階を評価すること。
• 電波放射が観測されない明るいダストに包まれた源の理由を説明するための代替的仮説（光学的厚いHII領域、ダスト吸収、集団形成、残留降着など）を評価すること。
• 低IRAS源グループにおけるHII領域の前身星の数を推定し、観測されたHII領域の数と比較することで、前身星仮説の整合性を検証すること。

提案手法

• 30個の高光度で高密度ガスを伴うIRAS源に対して、ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いてサブミリ波長およびミリ波長連続スペクトル測光を実施した。
• 17個の源でミリ波長の放射ピークを検出したが、9個は広がったまたは弱い放射を示し、4個は上限値を示した。10個の源は、以前のVLA観測で電波対応源が確認された。
• スペクトルエネルギー分布（SED）をグレイボディモデルでフィットさせ、ダスト温度、発光指数β、全ダスト質量を導出した。
• ダストの周波数依存性に基づき、発光指数βを導出し、1.56～2.38の範囲に制限された。これは、ケイ酸塩ダストと一致する。
• ダスト質量と源の幾何構造から面密度を計算し、同様の光度を持つ電波放射有無の源間で比較した。
• 統計的分析により、理論的期待値と観測されたHII領域とHII領域前身星の比率を、前ZAMS星における降着駆動光度を含むさまざまな進化モデルと照合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波連続スペクトル放射のないが、高光度で高密度ガスを伴う源が、非検出の原因としてダスト消光によるものであるならば、ダストの面密度が高くなるのでは？
• RQ2 明るいIRAS源で電波放射が観測されないのは、光学的厚いHII領域、ダスト吸収、集団形成、あるいは残留降着のいずれによるものか？
• RQ3 これらの源の推定されるダスト温度と発光指数βは何か？ また、前ZAMS星またはZAMS星の期待値と比較するとどうなるか？
• RQ4 低IRAS源グループにおけるHII領域とHII領域前身星の観測比率は、降着駆動型前ZAMS星モデルの理論的期待値と一致するか？
• RQ5 これらの源の光度は、前ZAMS星における降着によって説明可能か？ そして、その説明が、高光度であるにもかかわらず電波放射が観測されない現象を説明できるか？

主な発見

• 検出された源のダスト温度は24 K～45 Kの範囲にあり、冷たく密度の高い周囲ダスト環境を示している。
• ダスト発光指数βは1.56～2.38の間で変動し、ケイ酸塩ダスト粒子と一致し、通常の銀河間媒体の条件に一致する。
• 全周囲ダスト質量は最大で500 M☉に達し、中心天体を取り巻く質量的で密度の高いダスト環を示している。
• 電波放射のない源は、同様の光度を持つ電波放射有りの源と比較して、ダストの面密度が高くないことが判明し、非検出の主な原因としてダスト消光が関与しているとは考えにくくなった。
• 電波検出ありの源の平均β値（2.00 ± 0.22）は、電波非検出の源（1.79 ± 0.18）よりも高いことから、前者はより進化した状態にあると考えられる。
• 観測されたHII領域とHII領域前身星の比率は約5であり、降着駆動型前ZAMS星モデルの理論的期待値と一致しており、このシナリオが最も妥当な説明であると支持される。