[論文レビュー] Mid-infrared interferometry of massive young stellar objects. I. VLTI and Subaru observations of the enigmatic object M8E-IR

H. Linz, Th. Henning+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jul 2, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 26被引用数 22

ひとこと要約

本研究では、VLTI/MIDIおよびSubaru/COMICSを用いた中赤外干渉計測定により、M8E-IR（30ミリアーセコンド、45 AU）という質量の大きな若い星形成対象を解像した。その結果、最近の高効率降着によって生じた可能性のある著しく膨脹し、低温な中心星（10–15 M⊙、R > 100 R⊙）が明らかになった。放射線輸送モデルの結果、100 AUを超える円盤の明確な証拠は得られなかったが、延長された包層が存在する必要があり、この対象がFU Orionis型の噴出を経験している可能性が示唆された。

ABSTRACT

[abridged] Our knowledge of the inner structure of embedded massive young stellar objects is still quite limited. We attempt here to overcome the spatial resolution limitations of conventional thermal infrared imaging. We employed mid-infrared interferometry using the MIDI instrument on the ESO/VLTI facility to investigate M8E-IR, a well-known massive young stellar object suspected of containing a circumstellar disk. Spectrally dispersed visibilities in the 8-13 micron range were obtained at seven interferometric baselines. We resolve the mid-infrared emission of M8E-IR and find typical sizes of the emission regions of the order of 30 milli-arcseconds (~45 AU). Radiative transfer simulations have been performed to interpret the data. The fitting of the spectral energy distribution, in combination with the measured visibilities, does not provide evidence for an extended circumstellar disk with sizes > 100 AU but requires the presence of an extended envelope. The data are not able to constrain the presence of a small-scale disk in addition to an envelope. In either case, the interferometry measurements indicate the existence of a strongly bloated, relatively cool central object, possibly tracing the recent accretion history of M8E-IR. In addition, we present 24.5 micron images that clearly distinguish between M8E-IR and the neighbouring ultracompact HII region and which show the cometary-shaped infrared morphology of the latter source. Our results show that IR interferometry, combined with radiative transfer modelling, can be a viable tool to reveal crucial structure information on embedded massive young stellar objects and to resolve ambiguities arising from fitting the SED.

研究の動機と目的

• 質量の大きな若い星形成対象（MYSOs）、特にM8E-IRを研究するにあたり、従来の中赤外画像法の空間分解能の限界を克服すること。
• M8E-IRの内側の周囲環境の幾何学的・物理的構造、特に円盤または包層の存在を特定すること。
• 観測されたスペクトルエネルギー分布（SED）および干渉計測定の visibility が、古典的モデルで想定されるような高温の中心星と球対称な包層と整合するかどうかを検証すること。
• 観測された星の膨張と検出可能な電離領域の欠如に基づき、最近の強力な降着イベント（例：FU Orionis型の噴出）の可能性を検討すること。

提案手法

• 10～100 mの基線を用いて、ESOの非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）のMIDI装置を用いて中赤外干渉計測定を実施。8–13 μmの波長域で分光的分散された visibility を取得した。
• Subaru望遠鏡のCOMICS装置を用いて24.5 μmおよび10.5 μmの画像観測を行い、周囲環境を調査し、M8E-IRと近接する超小形H II領域を区別した。
• Robitailleら（2007）のグリッドを用いて放射線輸送モデリングを実施。円盤を含む・含まない両方のモデルを用いてSEDおよび干渉計測定のvisibilityにフィットした。
• モデルの予測を観測されたvisibilityおよびSEDと比較し、中心星質量、半径、降着率を変化させたプロト星モデルのグリッドを用いた。
• 空間周波数依存性の分析を通じて、放射の源の大きさと非対称性を推定するため、(u,v)-平面上のvisibilityスペクトルを分析した。
• 12 μmのvisibilityスペクトルの傾き平均カットを用いて、モデル予測と観測データを比較し、放射の径対称性からのずれに注目した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M8E-IRの中赤外放射は、過去に予想された100 AUを超える円盤由来であるか？
• RQ2 観測されたSEDおよび干渉計測定のvisibilityプロファイルは、高温の中心星と球対称な包層を伴う古典的モデルと整合するか？
• RQ3 長基線での観測された高いvisibilityは、最近の高効率降着によって生じた膨脹し、低温な中心星によって説明可能か？
• RQ4 延長された包層が観測された中赤外放射の形状をどのように決定づけているか。また、円盤が存在しなくても、包層のみでデータを説明できるか？
• RQ5 星の膨張と検出可能な電離領域の欠如に基づき、M8E-IRに最近FU Orionis型の噴出が起きた証拠があるか？

主な発見

• M8E-IRの中赤外放射は、約30ミリアーセコンド（45 AU）のスケールで解像され、距離1.25–1.5 kpcの条件下で物理的スケールは約45 AUに相当する。
• 観測されたvisibilityは、高温の中心星と球対称な包層を仮定した古典的モデルの予測よりも顕著に高く、標準的仮定からの逸脱を示している。
• 最良にフィットする放射線輸送モデルでは、10–15 M⊙の中心星が著しく膨張（R > 100 R⊙）し、効果温度が5000 K未満である必要があることが示された。これは高い降着率と整合的である。
• 100 AUを超える円盤の明確な証拠は得られなかった。円盤あり・なしの両方のモデルにおいて、延長された包層を含むモデルがSEDおよびvisibilityの両方に対して同等のフィットを示した。
• 干渉計測定データは、コンactな高温の中心源とは整合せず、むしろ空間的に拡張され、低温で膨張した中心物体を支持しており、最近の降着履歴を反映している可能性がある。
• Subaruの24.5 μm画像は、M8E-IRと隣接する超小形H II領域を明確に分離し、後者のコミア型の形状を明らかにした。また、検出可能なcm波長連続スペクトル源が存在しないことから、高降着率によってH II領域が抑制されていることが確認された。