[論文レビュー] Cometary shaped sources at the Galactic Center - Evidence for a wind from the central 0.2 pc

K. Mužić, A. Eckart+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 42被引用数 34

ひとこと要約

論文は、Sgr A*付近のコメット型源X3およびX7が、単に恒星風によるものではなく、銀河中心から発する高速で集束した風によって形成されたバッシュ・ショックであるという証拠を提示している。モデル化により、風は質量の大きな星の集合体またはSgr A*そのものに起因するものであり、半径に依存する非効率な降着流に一致する動量フラックスを持つ必要がある。この風は、高速で物質を吹き飛ばし、衝撃波のずれた形態と高い固有運動（約300 km s⁻¹）を説明する。

ABSTRACT

In 2007 we reported two cometary shaped sources in the vicinity of Sgr A* (0.8" and 3.4" projected distance), named X7 and X3. The symmetry axes of the two sources are aligned to within 5 degrees in the plane of the sky and the tips of their bow-shocks point towards Sgr A*. Our measurements show that the proper motion vectors of both features are pointing in directions more than 45 deg away from the line that connects them with Sgr A*. This misalignment of the bow-shock symmetry axes and their proper motion vectors, combined with the high proper motion velocities of several 100 km/s, suggest that the bow-shocks must be produced by an interaction with some external fast wind, possibly coming from Sgr A*, or stars in its vicinity. We have developed a bow-shock model to fit the observed morphology and constrain the source of the external wind. The result of our modeling allows us to estimate the velocity of the external wind, making sure that all likely stellar types of the bow-shock stars are considered. We show that neither of the two bow-shocks (one of which is clearly associated with a stellar source) can be produced by influence of a stellar wind of a single mass-losing star in the central parsec. Instead, an outflow carrying a momentum comparable to the one contributed by the ensemble of the massive young stars, can drive shock velocities capable of producing the observed cometary features. We argue that a collimated outflow arising perpendicular to the plane of the clockwise rotating stars (CWS), can easily account for the two features and the mini-cavity. However, the collective wind from the CWS has a scale of >10''. The presence of a strong, mass-loaded outbound wind at projected distances from Sgr A* of <1'' is in fact in agreement with models that predict a highly inefficient accretion onto the central black hole due to a strongly radius dependent accretion flow.

研究の動機と目的

• X3およびX7のずれたバッシュ・ショックの形態を説明すること。これは、それらの固有運動ベクトルと一致しない。
• 観測された特徴が単一の恒星風によって生成可能かどうか、あるいは外部の風が必要かどうかを特定すること。
• コメット型特徴を形成する外部風の性質を制約すること。
• Sgr A*への非効率的降着の文脈において風の起源を調査すること。
• 風が中心のブラックホールによって駆動されているのか、それとも時計回りに回転する星集団（CWS）の集団的風によって駆動されているのかを評価すること。

提案手法

• 2002年から2008年までの7エポックにわたる、NACO/VLT機器を用いたマルチエポックL’バンド（3.8 μm）画像測定により、X3およびX7の固有運動を測定した。
• 超音速風の相互作用を記述する流体力学的原則を用いて、観測された形態とスタンドオフ距離をフィットするバッシュ・ショックモデル化を行った。
• 外部風によって生成されるバッシュ・ショックの理論的モデルと観測された衝撃幾何学を比較することで、風の速度および動量フラックスを算出した。
• 中心パーセク内に存在するすべての妥当な恒星タイプ（Wolf-Rayet星および[W C]-型星を含む）を検討して、恒星風源の可能性を評価した。
• 風の空間スケール（≤1 arcsec）を、CWSの集団的風（スケール約10 arcsec）と比較した。
• 半径に依存する降着流の理論的モデルを組み込み、観測された質量損失率（約10⁻³ M⊙ yr⁻¹）および風噴出と整合性があるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 X3およびX7の観測されたバッシュ・ショックの形態は、単一の恒星風によって説明可能か。それとも外部風が必要か。
• RQ2 観測された衝撃特徴を生成できる外部風の速度および動量フラックスは何か。
• RQ3 風は中心のブラックホールSgr A* や時計回りに回転する星集団（CWS）の集団的風によって駆動されていると整合的か。
• RQ4 X3、X7およびミニキャビティの空間的整列は、共通の集束した噴流に起因するという仮説を支持するか、あるいは反証するか。
• RQ5 Sgr A*から1 arcsec未満の投影距離に強い、質量を伴った風が存在することは、非効率的降着の理論的モデルと整合的か。

主な発見

• X3およびX7の対称軸は5°以内に一致しており、Sgr A*を向いているが、それらの固有運動ベクトルは45°以上ずれており、静的媒体の中を動くのではなく外部風によるものであると示している。
• 特徴の固有運動速度は約300 km s⁻¹であり、静的恒星間媒体を通過する単一の星の運動では説明できないほど高い。
• X3およびX7の両方とも、中心パーセク内のいかなる個々の質量損失星でも生成可能ではない。必要な風の動量は、中心パーセク内に存在するいかなる個々の星のものよりも大きい。
• 観測されたバッシュ・ショックは、中心パーセク内の若年間の質量の大きな星の集合体の全動量フラックスと同等の集団的風を必要としている。
• 時計回りに回転する星集団（CWS）の平面に垂直な集束した噴流は、同時にX3、X7およびミニキャビティを説明でき、開口角は約30°である。
• Sgr A*から1 arcsec未満の投影距離に強い、質量を伴った風が存在することは、大部分の降着物質を吹き飛ばす半径に依存する非効率的降着流の理論的モデルと整合的である。