[論文レビュー] Effects of magnetic field orientations in dense cores on gas kinematics in protostellar envelopes

Aashish Gupta, Hsi-Wei Yen+17 more|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 74被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、凝縮した原始星核における磁場と回転軸のずれが、包層内のガス運動に与える影響を調査する。ペルセウス星団の32個のクラス0/I原始星に対して、高分解能のSMA C18OおよびJCMT BISTRO偏光データを用い、1,000 auおよび4,000 auスケールで速度勾配と磁場-噴流ずれの間に有意な相関は認められなかった。しかし、降着運動を補正した回転運動の比は、ずれ角度が増加するにつれて上昇し、磁場のずれが角運動量輸送を促進している可能性を示唆する。一方で、質量降着率も重要な役割を果たしている。この結果は投影効果を補正した後も成立し、1,000–100 auの間で顕著な角運動量損失が生じていることを示唆する。

ABSTRACT

Theoretically, misalignment between the magnetic field and rotational axis in a dense core is considered to be dynamically important in the star formation process, however, extent of this influence remains observationally unclear. For a sample of 32 Class 0 and I protostars in the Perseus Molecular Cloud, we analyzed gas motions using C$^{18}$O data from the SMA MASSES survey and the magnetic field structures using 850 $\mu$m polarimetric data from the JCMT BISTRO-1 survey and archive. We do not find any significant correlation between the velocity gradients in the C$^{18}$O emission in the protostellar envelopes at a 1,000 au scale and the misalignment between the outflows and magnetic field orientations in the dense cores at a 4,000 au scale, and there is also no correlation between the velocity gradients and the angular dispersions of the magnetic fields. However, a significant dependence on the misalignment angles emerges after we normalize the rotational motion by the infalling motion, where the ratios increase from $\lesssim1$ to $\gtrsim1$ with increasing misalignment angles. This suggests that the misalignment could prompt angular momentum transportation to the envelope scale but is not a dominant factor in determining the envelope rotation, and other parameters, like mass accretion in protostellar sources, also play an important role. These results remain valid after taking into account projection effects. The comparison between our estimated angular momentum in the protostellar envelopes and the sizes of the known protostellar disks suggests that significant angular momentum is likely lost between radii of $\sim$1,000-100 au in protostellar envelopes.

研究の動機と目的

• 磁場と原始星核内の回転軸とのずれが、ガス運動に与える力学的影響を特定すること。
• 核スケールの磁場と噴流軸とのずれが、原始星包層内の速度勾配と相関するかどうかを評価すること。
• 回転運動を補正した場合の角運動量輸送が、ずれのある系で強化されるかどうかを調査し、その指標として正規化された回転運動を用いること。
• 3次元幾何構造における投影効果を補正して、観測された相関の妥当性を検証すること。
• 原始星包層における角運動量損失を推定し、惑星系形成の制約を導くこと。

提案手法

• SMA MASSES調査のC18O (2–1)線放射データ（解像度約600 au）を分析し、約1,000 auスケールでの包層内速度勾配を測定した。
• JCMT BISTRO-1調査およびアーカイブの850 µm偏光データ（解像度約3,500 au）を用い、核スケールの磁場方向をマッピングした。
• 速度勾配の大きさと方向を、回転軸の代理としての噴流軸と磁場方向と比較し、ずれ角度を計算した。
• 出力および磁場ベクトルの傾きαおよびβを用いて、視線方向の効果を補正する3次元幾何的投影モデルを適用した。
• 降着運動を補正した正規化された回転速度勾配（VGrot/VGinf）を計算し、降着からの回転運動の分離を試みた。
• 傾き角度の異なる仮定分布（余弦、正規、一様）の下で相関の頑健性をテストし、中央値を報告した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1,000 auおよび4,000 auスケールで、原始星包層内の速度勾配と、噴流軸と磁場のずれ角度との間に有意な相関があるか？
• RQ2 磁場のずれが、正規化された回転運動によって示されるように、包層への角運動量輸送を促進するか？
• RQ3 投影効果が、観測されたずれ角度および運動的特徴との相関に与える影響は何か？
• RQ4 観測されたずれ依存性を踏まえた場合、質量降着率およびその他のパラメータが包層の回転に果たす役割は何か？
• RQ5 包層の運動および惑星系サイズの推定に基づき、1,000 auから100 auの半径間でどの程度の角運動量が損失していると推定されるか？

主な発見

• C18O線放射における速度勾配と、磁場-噴流ずれ角度との間に、1,000 auおよび4,000 auスケールで有意な相関は認められなかった。
• 4,000 auスケールで、速度勾配と磁場の方向分散との間に有意な相関は観測されなかった。
• 降着運動を補正した回転運動の比は、ずれ角度が増加するにつれて、1未塔から1を超えるまで上昇し、角運動量輸送の増加を示唆している。
• このずれ依存性は、投影効果を補正した後も有意であり、中央値としての3次元ずれ角度は、仮定される傾き分布に応じて43°から58°の範囲に分布した。
• 原始星包層内の角運動量推定値は、既知の原始惑星系のサイズと整合せず、約1,000 auから約100 auの間で顕著な角運動量損失が生じていることを示唆している。
• 結果から、磁場のずれが角運動量輸送を促進することは示唆されるが、包層の回転においてはそれが主要因ではない。質量降着率およびその他のパラメータも、重要な役割を果たしている。