[論文レビュー] Hot Ammonia around Young O-type Stars. II. JVLA imaging of highly-excited metastable ammonia masers in W51-North

C. Goddi, C. Henkel+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 32被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、JVLA 1 cmバンド干渉計画像を用いて、W51-Northにおける高励起状態の中性子アンモニア（NH₃）メーザーを解像し、(6,6)、(7,7)、(9,9)遷移のメーザーを検出。ピーク輝度温度は10⁴ Kを超える。メーザーはSiOメーザーおよびH₂Oメーザーから0.65″（3500 AU）ずれており、W51-Northの補助星がNH₃メーザーを励起している二重星系である可能性を示唆。励起機構は、連星系の周囲円盤からの赤外励起によるものとされる。

ABSTRACT

We have used the JVLA at the 1 cm band to map five highly-excited metastable inversion transitions of ammonia, (J,K)=(6,6), (7,7), (9,9), (10,10), and (13,13), in W51 IRS2 with ~0.2 angular resolution. We present detections of both thermal (extended) ammonia emission in the five inversion lines, with rotational states ranging in energy from about 400 to 1700 K, and point-like ammonia maser emission in the (6,6), (7,7), and (9,9) lines. The thermal ammonia emits around a velocity of 60 km/s, near the cloud's systemic velocity, is elongated in the east-west direction across 4" and is confined by the HII regions W51d, W51d1, and W51d2. The ammonia masers are observed in the eastern tip of the dense clump traced by thermal ammonia, offset by 0.65" to the East from its emission peak, and have a peak velocity at ~47.5 km/s. No maser components are detected near the systemic velocity. The ammonia masers are separated by 0.65" (3500 AU) from the (rare) vibrationally-excited SiO masers, excited by the deeply-embedded YSO W51-North. This excludes that the two maser species are excited by the same object. Interestingly, the ammonia masers originate at the same sky position as a peak in a submm line of SO2 imaged with the SMA, tracing a face-on circumstellar disk/ring around W51-North. In addition, the thermal emission from the most highly excited ammonia lines, (10,10) and (13,13), shows two main condensations, the dominant one towards W51-North with the SiO/H2O masers, and a weaker peak at the ammonia maser position. We propose a scenario where the ring seen in SO2 emission is a circumbinary disk surrounding (at least) two high-mass YSOs, W51-North (exciting the SiO masers) and a nearby companion (exciting the ammonia masers), separated by 3500 AU. This finding indicates a physical connection (in a binary) between the two rare SiO and ammonia maser species.

研究の動機と目的

• W51 IRS2の高質量星形成領域における高励起状態の中性子アンモニア（NH₃）メーザーの空間的起源を特定すること。
• W51-NorthにおけるNH₃メーザーと他のメーザー種（SiO、H₂O）との物理的関連性を解明すること。
• メーザーが単一の原始星から発生するのか、あるいは二重星系から発生するのかを特定すること。
• 高質量若い星の環境における希少な高J NH₃メーザーの励起機構を調査すること。

提案手法

• Karl G. Jansky Very Large Array（JVLA）の1 cmバンドを用い、高分解能（0.2″）の干渉計マッピングを実施。5つの準安定状態のNH₃反転遷移（J,K）=（6,6）、（7,7）、（9,9）、（10,10）、（13,13）を対象とした。
• ピーク輝度温度を測定し、メーザー性を確認。その値は、(6,6)で1.7×10⁵ K以上、(7,7)で6×10³ K以上、(9,9)で1×10⁴ K以上であった。
• 既存のVLA観測で得られたSiOおよびH₂Oメーザーの位置と比較し、空間的およびドップラー速度的関係を分析。
• 密なガス構造をトレースするための熱的NH₃放射を分析し、メーザー位置と相関をとった。
• SMAのサブミリ波長線スペクトルデータを用い、NH₃メーザー位置に位置する周囲星間円盤／リングを同定。
• 2つのYSOが3500 AU離れており、補助星が赤外放射によりNH₃メーザーを励起する二重星系モデルを提案。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高励起状態の中性子アンモニア（NH₃）メーザーはW51-North領域内でどこに位置し、他のメーザー種とどのように関連しているか？
• RQ2 NH₃メーザー放射は、高圧力の双極的噴流を示すSiOメーザーと空間的および運動的に関連しているか？
• RQ3 観測されたメーザー放射は単一の原始星によって説明可能か、それとも二重星系を必要とするか？
• RQ4 これらの希少な高J NH₃メーザーの増幅を引き起こす励起機構は何か？
• RQ5 NH₃メーザーと、サブミリ波長で観測されたSO₂放射による周囲星間円盤／リングとの間に物理的関連性があるか？

主な発見

• (6,6)、(7,7)、(9,9)遷移におけるNH₃遷移は点状のメーザー放射を示し、ピーク輝度温度はそれぞれ1.7×10⁵ K、6×10³ K、1×10⁴ Kであった。これによりメーザー性が確認された。
• NH₃メーザーは、熱的NH₃放射のピークから0.65″（3500 AU）東方に位置し、径方向速度は約47.5 km s⁻¹であり、システム的径速度（60 km s⁻¹）とは明確に異なる。
• NH₃メーザーは、W51-Northからの高圧力双極的噴流を示すSiOおよびH₂Oメーザーから空間的にずれており、同じ原始星による直接的励起は排除された。
• NH₃メーザーは、面倒な周囲星間円盤／リングからのSO₂放射のピークと一致しており、W51-Northに連星構造が存在し、補助YSOが存在する可能性を示唆している。
• （10,10）および（13,13）遷移からの熱放射は2つの凝縮を示しており、一方はW51-North（SiO/H₂Oメーザー位置）に、もう一方はNH₃メーザー位置に弱いピークを示した。
• 3つの準安定状態NH₃メーザー線の空間的および運動的相関に加え、約0.2 km s⁻¹ yr⁻¹の時間的ドリフトが観測されたことから、二重星系内での2つの希少メーザー種の物理的関連性が支持された。