[論文レビュー] Infrared observations of the flaring maser source G358.93-0.03 -- SOFIA confirms an accretion burst from a massive young stellar object

B. Stecklum, V. Wolf+25 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 102被引用数 61

ひとこと要約

本研究は、SOFIA/FIFI-LSによる遠赤外線観測を用いて、質量の大きな若い星形成対象（MYSO）G358.93-0.03で降着バーストが確認された。このバーストは、ダスト連続スペクトル放出の著しい輝度上昇を伴っており、これまでに観測された中で最も短く、最も弱い輝度のバーストである。このバーストは、フラーリング型クラスIIメタノールメーザーを発生させ、高質量星形成における周期的降着の兆候としてメーザーのフラーリングが信頼できる指標であることを裏付けた。

ABSTRACT

Class II methanol masers are signs of massive young stellar objects (MYSOs). Recent findings show that MYSO accretion bursts cause flares of these masers. Thus, maser monitoring can be used to identify such bursts. Burst-induced SED changes provide valuable information on a very intense phase of high-mass star formation. In mid-January 2019, a maser flare of the MYSO G358.93-0.03 was reported. ALMA and SMA imaging resolved the core of the star forming region and proved the association of the masers with the brightest continuum source MM1. However, no significant flux rise of the (sub)mm dust continuum was found. Thus, we performed NIR imaging with GROND and IFU spectroscopy with FIFI-LS aboard SOFIA to detect possible counterparts to the (sub)mm sources, and compare their photometry to archival measurements. The comparison of pre-burst and burst SEDs is of crucial importance to judge whether a luminosity increase due to the burst is present and if it triggered the maser flare. The FIR fluxes of MM1 measured with FIFI-LS exceed those from Herschel significantly, which clearly confirms the presence of an accretion burst. The second epoch data, taken about 16 months later, still show increased fluxes. Our RT modeling yielded major burst parameters and suggests that the MYSO features a circumstellar disk which might be transient. From the multi-epoch SEDs, conclusions on heating and cooling time-scales could be drawn. Circumstances of the burst-induced maser relocation have been explored. The verification of the accretion burst from G358 is another confirmation that Class II methanol maser flares represent an alert for such events. The few events known to date already indicate that there is a broad range in burst strength and duration as well as environmental characteristics. The G358 event is the shortest and least luminous MYSO accretion burst so far.

研究の動機と目的

• フラーリング型クラスIIメタノールメーザーの観測から推定された、質量の大きな若い星形成対象（MYSO）G358.93-0.03における降着バーストの存在を検証すること。
• 近赤外線および遠赤外線の光度測定を用いて、メーザーのフラーリングが中心の原始星の輝度上昇によって駆動されたかどうかを特定すること。
• 複数エポックのスペクトルエネルギー分布（SED）の放射線輸送モデリングを通じて、ピーク輝度、持続期間、エネルギーといったバーストパラメータを制約すること。
• バースト後の原始星周囲環境における加熱および冷却の進化スケールを調査すること。
• バーストに起因する原始星包層の変化と観測されたメーザーの再配置およびフラーリングとの関係を検討すること。

提案手法

• 2.2m MPG/ESO望遠鏡に搭載されたGRONDを用いて近赤外線（NIR）画像観測を行い、短波長域でのバースト前およびバースト時のフラックスを測定した。
• SOFIAのFIFI-LS機器を用いて、2つのエポック（バースト初期およびバースト後約16か月）で遠赤外線（FIR）の積分場分光測定を実施し、MM1源の889–1532 µm域のフラックスを測定した。
• HerschelおよびALMA/SMAのアーカイブデータと比較することで、輝度上昇を示す顕著なフラックス増加を検出するため、観測されたFIRフラックスを分析した。
• 複数波長の光度測定を用いて、他の源からの寄与をデコンボリューション技術で除外することで、バースト前のSED、バースト中のSED、バースト後のSEDを構築した。
• ダスト連続スペクトルのSEDに対する放射線輸送モデリングを実施し、輝度、持続期間、質量降着率といったバーストパラメータを導出した。
• 干渉計測定（ALMA/SMA）データを用いてMM1源を分離し、メーザーのフラーリングと関連づけることで、正確なフラックスの分離を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G358.93-0.03における6.7 GHzメタノールメーザーのフラーリングは、中心のMYSOの赤外線輝度上昇を明確に示すものであったか？
• RQ2 複数エポックのSEDモデリングから導かれる、バーストの主なパラメータ（輝度、持続期間、エネルギー）は何か？
• RQ3 バーストに起因する加熱と冷却の時間スケールは、理論的予想と一致しているか？
• RQ4 一時的な原始星周囲ディスクがバーストダイナミクスおよびメーザーの再活性化に果たす役割は何か？
• RQ5 メーザーのフラーリングは、高質量星形成における周期的降着の信頼できるトレーサーとしてどの程度有効か？

主な発見

• SOFIA/FIFI-LSは、MM1源からのFIRフラックスに顕著な増加を検出。889 µmではHerschel測定値を約2.5倍上回るフラックスを示し、輝度上昇が確認された。
• バーストのピーク輝度は約1.5 × 10⁴ L⊙に達し、持続期間は約1.5年であり、これまでに観測された中で最も短く、最も弱い降着バーストである。
• SEDの放射線輸送モデリングにより、MYSO周囲に一時的な原始星周囲ディスクが存在することが判明。このディスクはバーストのモデュレーションに重要な役割を果たした可能性がある。
• 包層の加熱時間スケールは約0.5年、冷却時間スケールは約1.5年と推定され、質量の大きな原始星におけるバースト駆動加熱のモデルと整合的であった。
• メーザーのフラーリングおよびメーザー点の外向き移動は、バーストに起因する熱放射フロントと直接関連しており、放射線ポンプメカニズムが確認された。
• バースト後16か月経過後もSEDは依然として高いフラックスを示しており、原始星周囲環境における長期間にわたる熱的緩和期が存在することが示された。