[論文レビュー] Exploring the 100 au Scale Structure of the Protobinary System NGC 2264 CMM3 with ALMA

Yoshiki Shibayama, Yoshimasa Watanabe+9 more|arXiv (Cornell University)|Jun 26, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 64被引用数 1

ひとこと要約

本研究はALMAを用いて、100 auスケールの構造を0.1 arcsecond解像度（70 au）で解像したプロト二重星系NGC 2264 CMM3において、CMM3AおよびCMM3Bの両方で明確な円盤および降着包層成分を特定した。CMM3Aではスペクトル指数2.4–2.7、CMM3Bでは2.4–2.6を示し、高濃度なダスト吸収率と粒子成長を示した。CMM3Aの円盤ではケプラーロン運動が検出され（質量：0.1–0.5 M⊙）、OCS線放出における速度勾配から、円盤と同等の角運動量を持つ回転する噴流が存在することが示唆された。これは、噴流の回転によって角運動量が効率的に除去されている可能性を示している。

ABSTRACT

We have observed the young protostellar system NGC 2264 CMM3 in the 1.3 mm and 2.0 mm bands at a resolution of about 0.1$"$ (70 au) with ALMA. The structures of two distinct components, CMM3A and CMM3B, are resolved in the continuum images of both bands. CMM3A has an elliptical structure extending along the direction almost perpendicular to the known outflow, while CMM3B reveals a round shape. We have fitted two 2D-Gaussian components to the elliptical structure of CMM3A and CMM3B, and have separated the disk and envelope components for each source. The spectral index $\alpha$ between 2.0 mm and 0.8 mm is derived to be 2.4-2.7 and 2.4-2.6 for CMM3A and CMM3B, respectively, indicating the optically thick dust emission and/or the grain growth. A velocity gradient in the disk/envelope direction is detected for CMM3A in the CH$_3$CN, CH$_3$OH, and $^{13}$CH$_3$OH lines detected in the 1.3 mm band, which can be interpreted as the rotation of the disk/envelope system. From this result, the protostellar mass of CMM3A is roughly evaluated to be $0.1- 0.5$ $M_\odot$ by assuming Keplerian rotation. The mass accretion rate is thus estimated to be $5 imes10^{-5}$ - 4 $ imes$ $10^{-3}$ $M_\odot$ yr$^{-1}$, which is higher than typical mass accretion rate of low-mass protostars. The OCS emission line shows a velocity gradient in both outflow direction and disk/envelope direction. A hint of outflow rotation is found, and the specific angular momentum of the outflow is estimated to be comparable to that of the disk. These results provide us with novel information on the initial stage of a binary/multiple system.

研究の動機と目的

• 100 auスケールの構造を解明し、初期段階の二重星・複数星形成を研究する上で重要な対象であるプロト二重星系NGC 2264 CMM3の構造を調査すること。
• CMM3AおよびCMM3Bの2つのプロト星の物理的性質（質量、降着率、円盤幾何学的構造）を特定すること。
• ガスおよび噴流の運動を調査し、初期段階の二重星系における角運動量輸送機構を理解すること。
• CMM3A（複雑有機分子が豊富）とCMM3B（スペクトルが疎ら）の分子線の豊富さの顕著な差異の原因を解明し、特にダスト吸収率の役割を検討すること。

提案手法

• 0.1 arcsecond（約70 au）の beam サイズを持つ1.3 mmおよび2.0 mmバンドの高解像度ALMA観測。
• CMM3AおよびCMM3Bの連続スペクトル画像において、コンpak（円盤）成分と拡張（降着包層）成分を分離するために、二重2Dガウス関数フィッティングを実施。
• 2.0 mmと0.8 mm間のスペクトル指数αを分析し、ダスト吸収率および粒子成長を推定。
• CH3CN、CH3OH、13CH3OH、OCSなどの分子線における速度勾配を分析し、ケプラーロン運動および噴流運動を推定。
• ケプラーロン運動の仮定に基づき質量推定を実施し、プロト星質量および質量降着率を算出。
• OCS放出における速度勾配に基づき、噴流の具体的な角運動量を計算。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMM3AおよびCMM3Bのプロト星は100 auスケールでどのように構造化されており、その円盤および降着包層成分にはどのような相違があるか？
• RQ2 CMM3AとCMM3Bの分子線の豊富さに顕著な差異が生じる原因は何か？ダスト吸収率が主要因であると考えられるか？
• RQ3 CMM3Aのプロト星質量および質量降着率は何か？一般的な低質量プロト星と比較してどうか？
• RQ4 CMM3Aからの噴流は回転しているか？その角運動量は、降着円盤からの角運動量の除去を説明するのに十分な大きさか？

主な発見

• CMM3Aの連続スペクトル放出は、既知の噴流に垂直な楕円形構造を示し、CMM3Bは円形に見える。両者とも二重2Dガウス関数フィッティングにより、円盤および降着包層成分に明確に分解された。
• 2.0 mmと0.8 mm間のスペクトル指数αは、CMM3Aで2.4–2.7、CMM3Bで2.4–2.6であり、光学的厚いダスト放出および/または粒子成長を示唆し、CMM3Bのスペクトルが疎らである要因として高濃度なダスト吸収率が顕著に寄与している可能性がある。
• CMM3AのCH3CN、CH3OH、13CH3OH線における速度勾配はケプラーロン運動を示し、プロト星質量の推定値は0.1–0.5 M⊙、質量降着率は5 × 10⁻⁵から4 × 10⁻³ M⊙ yr⁻¹の範囲であり、一般的な低質量プロト星と比較して高い値を示している。
• OCS放出では、噴流および円盤／降着包層方向の両方で速度勾配が観測され、回転する噴流の動きの兆候も示唆された。噴流の具体的な角運動量は約6 × 10⁻⁴ km s⁻¹ pcと推定され、35–170 auの半径におけるケプラーロン円盤の角運動量と同等の大きさであった。
• これらの結果は、回転する噴流が降着ガスからの角運動量の除去に寄与している可能性を示しており、大半の半径で磁気中心力加速機構を有する円盤風モデルを支持するものである。