[論文レビュー] APEX-CHAMP+ high-J CO observations of low-mass young stellar objects: IV. Mechanical and radiative feedback

U. A. Yíldíz, L. E. Kristensen+15 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 14, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 78被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、APEX-CHAMP+とJCMT-HARP-Bを用いた高J CO (6–5)および3–2線観測を通じて、26個の低質量若星形成対象における力学的および放射的フィードバックを分析した。結果として、同様の光度を示す場合でも、クラス0の源ではクラスIの源よりも噴流力が大きいことが判明した。また、3000 AU以内ではUV加熱ガス質量が噴流質量を上回っており、小スケールでは放射的フィードバックが力学的噴流と同等あるいはそれ以上の重要性を持つことが示された。

ABSTRACT

During the embedded stage of star formation, bipolar molecular outflows and UV radiation from the protostar are important feedback processes. Our aim is to quantify the feedback, mechanical and radiative, for a large sample of low-mass sources. The outflow activity is compared to radiative feedback in the form of UV heating by the accreting protostar to search for correlations and evolutionary trends. Large-scale maps of 26 young stellar objects, which are part of the Herschel WISH key program are obtained using the CHAMP+ instrument on the APEX (12CO and 13CO 6-5), and the HARP-B instrument on the JCMT (12CO and 13CO 3-2). Maps are used to determine outflow parameters and envelope models are used to quantify the amount of UV-heated gas and its temperature from 13CO 6-5 observations. All sources in our sample show outflow activity and the outflow force, F_CO, is larger for Class 0 sources than for Class I sources, even if their luminosities are comparable. The outflowing gas typically extends to much greater distances than the power-law envelope and therefore influences the surrounding cloud material directly. Comparison of the CO 6-5 results with Herschel-HIFI H2O and PACS high-J CO lines, both tracing currently shocked gas, shows that the two components are linked, even though the transitions do not probe the same gas. The link does not extend down to CO 3-2. The conclusion is that CO 6-5 depends on the shock characteristics (density and velocity), whereas CO 3-2 is more sensitive to conditions in the surrounding environment (density). The radiative feedback is responsible for increasing the gas temperature by a factor of two, up to 30-50 K, on scales of a few thousand AU, particularly along the direction of the outflow. The mass of the UV heated gas exceeds the mass contained in the entrained outflow in the inner ~3000 AU and is therefore at least as important on small scales.

研究の動機と目的

• 低質量若星形成対象（YSO）の進化段階にわたる一貫性のある大規模サンプルにおいて、力学的および放射的フィードバックを定量すること。
• 噴流力と降着駆動フィードバック機構を比較することで、低質量星形成における光度問題を解消すること。
• 深く埋もれたプロト星における噴流活動（力学的フィードバック）とUV加熱（放射的フィードバック）の相関を調査すること。
• 噴流力が高J CO、H2O、13CO 6–5線発光とどのように相関するかを評価し、衝撃由来か環境依存かを区別するトレーサーを特定すること。
• UV加熱ガスの空間的スケールと質量を評価し、それらを噴流質量と比較することで、放射的フィードバックと力学的フィードバックの相対的重要性を評価すること。

提案手法

• 26個の低質量 YSO における高励起状態ガスをトレースするため、APEX-CHAMP+を用いて高空間分解能（9角秒ビーム）の12COおよび13CO 6–5マップを取得した。
• JCMT-HARP-Bの12COおよび13CO 3–2データと比較することで、低Jおよび高J遷移の感度差を評価した。
• CO 6–5線のウェッジ部を用いて噴流力（F_CO）を定量化し、力学的フィードバックの強度と進化傾向を評価した。
• 13CO 6–5発光の放射線輸送モデリングを用いて、UV加熱ガス成分を分離し、その温度と質量を推定した。
• Herschel-HIFIのH2OおよびPACSの高J COデータとCO 6–5噴流特性を相関させ、噴流活動と現在の衝撃励起状態を結びつけた。
• 13CO 6–5マップからエンvelope発光を差し引くことで、特に噴流キャビティに沿って生じるUV加熱に起因する過剰発光を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 噴流力（F_CO）は、クラス0とクラスIのYSO間でどのように変化するか。また、黒体等価光度と相関するか。
• RQ2 CO 6–5噴流特性と高J COまたはH2O線発光には相関があるか。これは、共通の物理的駆動要因を示唆するか。
• RQ3 放射的フィードバック（UV加熱）は、質量的および空間的スケールで力学的フィードバック（噴流）とどの程度同等か。
• RQ4 内側3000 AU以内で、UV加熱ガス質量は、巻き込まれた噴流ガス質量を上回るか。
• RQ5 CO 6–5とCO 3–2の衝撃状態および周囲環境に対する感受性の違いは何か。

主な発見

• 26全源で大規模な噴流活動が観測され、空間的スケールはクラス0からクラスIにかけて減少した。
• 同様の黒体等価光度を示す場合でも、クラス0源の噴流力（F_CO）はクラスI源よりも高いことが判明した。
• 内側約3000 AU以内で、13CO 6–5発光に起因するUV加熱ガス質量は、巻き込まれた噴流ガス質量を上回っており、小スケールでは放射的フィードバックが力学的フィードバックと同等以上に重要であることが示された。
• UV加熱により、数千年AUスケールでガス温度が2倍（最大30–50 K）上昇し、主に噴流方向に集中していた。
• CO 6–5発光はHIFI H2OおよびPACSの高J CO線と相関しており、これは現在の衝撃励起状態をトレースしていることを示唆する。一方、CO 3–2は弱い相関を示し、衝撃状態よりも周囲環境に強く依存している可能性を示している。
• 1000–2000 AUスケールでの13CO 6–5の過剰発光は、降着からのUV光子が噴流キャビティを通じて漏れ出し、UV加熱を引き起こすことに起因しており、クラス0からクラスIへの進化段階に強く依存しないことが分かった。