[論文レビュー] Ammonia observations in the LBV nebula G79.29+0.46. Discovery of a cold ring and some warm spots

J. R. Rizzo, Aina Palau+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 23, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 44被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、エフェルスベルグ100m電波望遠鏡を用いてNH₃ (1,1)および(2,2)遷移を tracing することで、明るい青巨大星（LBV）であるG79.29+0.46を取り巻く、一貫性のある環状構造の冷たいアンモニア（NH₃）ガスの初検出を報告する。この環は赤外ネビュラと空間的に一致しており、アンモニアの存在比は約10⁻¹⁰–10⁻⁹と低く、30 K以上の高温を示しており、UV放射による光分解反応が進行していることを示唆している。これに対して、近接するIRDCでは一様に冷たいガス（T_rot ~10 K）と高いアンモニア存在比（約10⁻⁸）を示し、クラスターの縁縁部で存在比が増加していることから、氷被膜の衝撃誘発蒸発が起こっている可能性がある。

ABSTRACT

The surroundings of Luminous Blue Variable (LBV) stars are excellent laboratories to study the effects of their high UV radiation, powerful winds, and strong ejection events onto the surrounding gas and dust. The LBV G79.29+0.46 powered two concentric infrared rings which may interact with the infrared dark cloud (IRDC) G79.3+0.3. The Effelsberg 100m telescope was used to observe the NH_3 (1,1), (2,2) emission surrounding G79.29+0.46 and the IRDC. In addition, we observed particular positions in the (3,3) transition toward the strongest region of the IRDC. We report here the first coherent shell-like structure of dense NH_3 gas associated with an evolved massive star. The shell, two or three orders of magnitude more tenuous than the IRDC, is well traced in both ammonia lines, and surrounds the ionized nebula. The NH_3 emission in the IRDC is characterized by a low and uniform rotational temperature (T_rot ~ 10 K) and moderately high opacities in the (1,1) line. The rest of the observed field is spotted by warm or hot zones (T_rot > 30 K) and characterized by optically thin emission of the (1,1) line. The NH_3 abundances are about 10^{-8} in the IRDC, and 10^{-10}-10^{-9} elsewhere. The warm temperatures and low abundances of NH_3 in the shell suggest that the gas is being heated and photo-dissociated by the intense UV field of the LBV star. An outstanding region is found to the south-west (SW) of the LBV star within the IRDC. The NH_3 (3,3) emission at the centre of the SW region reveals two velocity components tracing gas at temperatures > 30K. The northern edge of the SW region agrees with the border of the ring nebula and a region of continuum enhancement; here, the opacity of the (1,1) line and the NH_3 abundance do not decrease as expected in a typical clump of an isolated cold dark cloud. This strongly suggests some kind of interaction between the ring nebula and the IRDC.

研究の動機と目的

• LBV候補G79.29+0.46の周囲の高密度ガスの物理的状態を特定すること。
• LBVの強いUV放射および質量放出イベントが、分子ガスの形態とアンモニア存在比に与える影響を調査すること。
• LBV駆動ネビュラと隣接する赤外暗黒雲（IRDC）G79.3+0.3との相互作用を探索すること。
• この領域における衝撃誘発化学反応およびダスト粒子表面の氷被膜からの分子蒸発の可能性を評価すること。

提案手法

• エフェルスベルグ100m電波望遠鏡を用いて、G79.29+0.46を中心とする7′×7′領域でNH₃ (1,1)および(2,2)回転遷移の高感度マッピングを実施した。
• IRDCのSW領域でNH₃ (1,1)放射が最も強い領域を対象に、NH₃ (3,3)遷移の標的観測を実施した。
• 複数のアンモニア反転遷移からの回転温度診断を用いて、領域全体の力学的温度および吸収量を導出した。
• NH₃吸収量と1.2 mm連続放射の比を用いてH₂吸収量を推定し、アンモニア存在比を計算した。
• 速度分解能を有する放射の解析により、明確な成分の識別と赤外・電波連続放射構造との空間的相関を特定した。
• 光学的厚さ診断を適用して、不均一で高密度なガスにおける物理的状態への影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LBVネビュラG79.29+0.46と関連する一貫性のある広がりのある高密度アンモニアガス構造は存在するか？ その物理的性質は何か？
• RQ2 IRDCとLBVリングネビュラの間で、回転温度およびアンモニア存在比はどのように変化するか？ その変化の原因は何か？
• RQ3 LBVの質量放出噴出物とIRDCとの間の相互作用を裏付ける証拠は何か、特にSW領域においては？
• RQ4 なぜIRDCクラスターの縁縁部でアンモニア存在比が中心部よりも高いのか？ その背後にある物理的プロセスは何か？

主な発見

• NH₃ (1,1)および(2,2)放射の連続的で一貫性のある環状構造が検出され、既知の赤外環状ネビュラと空間的に一致しており、進化した大質量星と関連する初めての構造である。
• IRDCにおける回転温度は一様に低く、7–11 Kであり、(1,1)線で高い光学的厚さを示し、アンモニア存在比は約10⁻⁸である。これは冷たく、密度が高く、静穏なガスを示している。
• これに対して、リングネビュラおよび周辺のホットスポットでは、回転温度が30 K以上で、アンモニア存在比は10⁻¹⁰から10⁻⁹の範囲にあり、LBVの強いUV放射による加熱と光分解反応が進行していることを示している。
• IRDCのSW領域の北縁部では、(1,1)線の光学的厚さが高く、クラスター縁縁部でアンモニア存在比が増加しており、通常のクラスター挙動とは相反する。これは、活性的な分子放出が進行している可能性を示唆している。
• SW領域におけるNH₃ (3,3)放射は、2つの温いコア（30 K以上）と1つの冷たい成分（11 K）を含む3つの速度成分を示しており、衝撃誘発化学反応と動的相互作用の証拠を支持している。
• 観測された空間的および運動的パターンは、LBVの質量放出イベントがIRDCと相互作用しており、衝撃によって氷被膜からNH₃が放出されている可能性を強く示しており、この領域に低速度衝撃が存在する以前の証拠とも整合的である。