[論文レビュー] Jet multiplicity in the proto-binary system NGC1333-IRAS4A. The detailed CALYPSO IRAM-PdBI view

G. Santangelo, C. Codella+11 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、CALYPSO調査から得られた高分解能ALMAに類似したサブアーセコンドのミリメートル波長観測を用いて、NGC1333-IRAS4A二重原始星系における2つのジェットを分離した。A1ジェットは高速で、コンactで、若年（動的時​​間スケール ≤1000 年）であり、高輝度のショック励起放射と熱-corino化学反応を示さない。一方、A2ジェットは遅く、前後運動を示し、複雑な有機分子を伴う。これはより進化した状態を示している。結果から、A1はA2よりも若年であると示され、原始星系における差別的進化の直接的証拠が得られた。

ABSTRACT

Owing to the paucity of sub-arcsecond (sub)mm observations required to probe the innermost regions of newly forming protostars, several fundamental questions are still being debated, such as the existence and coevality of close multiple systems. We study the physical and chemical properties of the jets and protostellar sources in the NGC1333-IRAS4A proto-binary system using continuum emission and molecular tracers of shocked gas. We observed NGC1333-IRAS4A in the SiO(6-5), SO(6_5-5_4), and CO(2-1) lines and the continuum emission at 1.3, 1.4, and 3 mm using the IRAM Plateau de Bure Interferometer in the framework of the CALYPSO large program. We clearly disentangle for the first time the outflow emission from the two sources A1 and A2. The two protostellar jets have very different properties: the A1 jet is faster, has a short dynamical timescale (<10^3 yr), and is associated with H2 shocked emission, whereas the A2 jet, which dominates the large-scale emission, is associated with diffuse emission, bends, and emits at slower velocities. The observed bending of the A2 jet is consistent with the change of propagation direction observed at large scale and suggests jet precession on very short timescales (~200-600 yr). In addition, a chemically rich spectrum with emission from several COMs (e.g. HCOOH, CH3OCHO, CH3OCH3) is only detected towards A2. Finally, very high-velocity shocked emission (~50 km s^-1) is observed along the A1 jet. An LTE analysis shows that SiO, SO, and H2CO abundances in the gas phase are enhanced up to (3-4)x10^{-7}, (1.4-1.7)x10^{-6}, and (3-7.9)x10^{-7}, respectively. The intrinsic different properties of the jets and driving sources in NGC1333-IRAS4A suggest different evolutionary stages for the two protostars, with A1 being younger than A2, in a very early stage of star formation previous to the hot-corino phase.

研究の動機と目的

• NGC1333-IRAS4A原始星系の内側の流れ構造をサブアーセコンド分解能で解明すること。
• 分子トレーサーと連続スペクトルを用いて、2つの原始星A1およびA2からのジェット放射を分離すること。
• ジェットおよび原始星の物理的・化学的差異を調査し、それらの進化段階を推定すること。
• 観測されたジェット特性が、年齢、質量、または視線角の違いによって説明可能かどうかを検証すること。
• 特にA2周辺における熱-corino化学の存在と特徴を特定すること。

提案手法

• 1.3 mm、1.4 mm、3 mmで、サブアーセコンドの分解能を達成したIRAMプラトー・ドゥ・ブール干渉計を用いて観測を行った。
• SiO(6–5)、SO(6 5–5 4)、CO(2–1)のスペクトルラインデータを取得し、ショックガスおよび流れの運動を追跡した。
• 1.3 mmおよび1.4 mmでの連続スペクトル放射を用いて、原始星A1およびA2の同定と特徴抽出を行った。
• 局所熱平衡（LTE）解析を用いて、ショック領域におけるSiO、SO、H2COの気体相濃度を導出した。
• 空間的および速度分解能を持つ放射分布図を用いて、ジェットの形状、動的時​​間スケール、前後運動を分析した。
• 複雑な有機分子（例：HCOOH、CH3OCHO、CH3OCH3）の化学的診断を用いて、熱-corino化学の存在を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC1333-IRAS4Aにおける2つの原始星からのジェットは物理的に別個であり、サブアーセコンド分解能でその放射を分離可能か？
• RQ2 A1およびA2ジェットの動的時​​間スケールと速度は何か？ それらはそれぞれの年齢に何を示唆するか？
• RQ3 なぜ複雑な有機分子の放射はA2にのみ検出され、A1には検出されないのか？
• RQ4 A2ジェットの湾曲はジェットの前後運動と整合的か？ その時間スケールは何か？
• RQ5 ジェット特性の差異は、原始星の質量、視線角、または進化段階の違いによって説明可能か？

主な発見

• A1ジェットは高速で、コンパクトであり、動的時​​間スケールが ≤1000 年であるため、極めて初期の進化段階にあることが示された。
• A2ジェットは遅く、空間的に広がっており（4′以上）、前後運動に起因する湾曲した形状を示しており、200–600 年の時間スケールで発生している。
• 高輝度のショック放射（約50 km s⁻¹）はA1ジェットにのみ検出され、強い最近のショック励起が起こっていることを示している。
• A1ジェットにおけるSiO、SO、H2COの気体相濃度は、それぞれ3–4 × 10⁻⁷、1.4–1.7 × 10⁻⁶、3–7.9 × 10⁻⁷の要因で増加している。
• 複雑な有機分子（例：HCOOH、CH3OCHO、CH3OCH3）はA2にのみ検出され、化学的に豊富な熱-corino環境が存在することが示された。
• A1では検出可能な熱-corino化学が存在しないことから、内部放射率が低く、A2よりも初期の進化段階にあると示唆され、A1がA2よりも若年であるという仮説が裏付けられた。