[論文レビュー] Chasing discs around O-type (proto)stars - ALMA evidence for an SiO disc and disc wind from G17.64+0.16

L. T. Maud, R. Cesaroni+29 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Oct 9, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 144被引用数 18

ひとこと要約

本論文は、0.2角秒解像度のALMA観測により、質量の大きな原始星G17.64+0.16を対象とし、約200 auの半径を有するコンパクトでケプラーロン的なSiO円盤と、半径方向に拡張する円盤風を検出している。データに加えてH30α再結合線の放射を組み合わせた分析から、原始星の収縮の最終段階にあり、20–30 M⊙のO型星が形成中であると示唆される。円盤および風の構造は、質量の大きな星形成の晩期段階と整合的である。

ABSTRACT

We present high angular resolution 0.2 arcsec continuum and molecular emission line Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) observations of G17.64+0.16 in Band 6 (220GHz) taken as part of a campaign in search of circumstellar discs around (proto)-O-stars. At a resolution of 400au the main continuum core is essentially unresolved and isolated from other strong and compact emission peaks. At a resolution of 400au the main continuum core is essentially unresolved and isolated from other strong and compact emission peaks. We detect SiO (5-4) emission that is marginally resolved and elongated in a direction perpendicular to the large-scale outflow seen in the 13CO (2-1) line using the main ALMA array in conjunction with the Atacama Compact Array (ACA). Morphologically, the SiO appears to represent a disc-like structure. Using parametric models we show that the position-velocity profile of the SiO is consistent with the Keplerian rotation of a disc around an object between 10-30Mo in mass, only if there is also radial expansion from a separate structure. The radial motion component can be interpreted as a disc wind from the disc surface. Models with a central stellar object mass between 20 and 30Mo are the most consistent with the stellar luminosity (100000 Lo) and indicative of an O-type star. The H30a millimetre recombination line (231.9GHz) is also detected, but spatially unresolved, and is indicative of a very compact, hot, ionised region co-spatial with the dust continuum core. Accounting for all observables, we suggest that G17.64 is consistent with a O-type young stellar object in the final stages of protostellar assembly, driving a wind, but that has not yet developed into a compact HII region. The existance and detection of the disc in G17.64 is likely related to its isolated and possibly more evolved nature, traits which may underpin discs in similar sources.

研究の動機と目的

• 高解像度ALMA観測を用いて、(原始)O型星の周囲に原始星円盤が存在するかを調査すること。
• G17.64+0.16における分子線放出の運動学的・形態的構造を調査し、円盤に類似した特徴を同定すること。
• SiOおよびH30α線プロファイルを用いて中心物体の質量を特定し、原始星の進化段階を評価すること。
• 広角噴流の起源を調査し、円盤および周囲の原始星雲との相互作用を検討すること。

提案手法

• 220–230 GHz帯域の高解像度（0.2角秒）ALMAバンド6観測を実施し、ダスト連続放射および分子線放出を画像化する。
• SiO (5–4)線放出のパラメトリックモデリングにより、ケプラーロン的回転および半径方向拡張をフィットし、円盤成分と風成分を区別する。
• CH3CNおよびCH3OHの熱的放出とOHメーザー位置を比較し、内側の噴流キャビティ壁を追跡する。
• H30α再結合線のライン幅および空間的形状を分析し、イオン化コアのサイズおよび大規模な運動を推定する。
• 13CO (2–1)線放出を用いて大規模な噴流構造およびキャビティ壁をマッピングする。
• 主ALMAアレイとアタカマコンパクトアレイ（ACA）を併用した共同モデリングにより、拡張した放出を回復し、ダイナミックレンジを向上させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SiO線放出の形態および運動学的特徴から示唆されるように、G17.64+0.16は質量の大きな原始星の周囲に原始星円盤を有しているか？
• RQ2 ケプラーロン的回転を示すSiO円盤から推定される中心物体の質量は何か？また、星の光度と整合的か？
• RQ3 広いH30αライン幅およびコンパクトな放射は、中心領域におけるイオン化および大規模な運動とどのように関係しているか？
• RQ4 弧を描くようなCH3CNおよびCH3OHのプラウムの起源は何か？また、噴流およびメーザー放射とどのように関係しているか？
• RQ5 SiO線放出における半径方向拡張は、円盤風によって最もよく説明されるか？また、大規模な噴流の方向とどのように関連しているか？

主な発見

• SiO (5–4)線放出はわずかに分解可能であり、大規模なCO噴流（位置角〜135°）に垂直に延長されており、位置-速度プロファイルは円盤内でのケプラーロン的回転と整合的である。
• モデリングにより、中心物体の質量は10–30 M⊙の間であり、最良のフィットは20–30 M⊙の範囲にあり、O型星と一致し、光度は1×10⁵ L⊙と一致する。
• SiO線放出における径方向速度成分は、別個の半径方向に拡張する構造によって最もよく説明され、円盤表面からの円盤風として解釈される。
• コンパクトなH30α線放出（FWHM = 81.9 km s⁻¹）は空間的に分解不能であり、高温でイオン化されたコアと一致し、継続的なイオン化および風駆動を示唆する。
• CH3CNおよびCH3OH線放出は、円盤面から離れるように曲がった弧状のプラウムをトレースしており、OHメーザーと一致し、広角風の内側の作動表面を示唆する。
• この源は孤立しており、コンパクトなH II領域を有さないため、完全なH II領域の形成に至る前の原始星収縮の最終段階にあると示唆される。