[論文レビュー] Momentum-driven outflow emission from an O-type YSO: Comparing the radio jet with the molecular outflow

A. Sanna, L. Moscadelli+4 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Nov 1, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 21被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、G023.01–00.41におけるO型若き星形成対象（YSO）の1000 AU以内で、最初の解像度の高い検出がなされた、方向性のある熱放射ジェットが、22および45 GHzの高解像度VLA観測によって明らかにされた。ジェットの運動量率は8 × 10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹であり、大規模な分子ジェットを近接して駆動するが、運動量移譲効率はほぼ1に近く、これは放射ジェットが機械的力によってジェットの大部分を直接駆動していることを示している。

ABSTRACT

Aims: We want to study the physical properties of the ionized jet emission in the vicinity of an O-type young stellar object (YSO), and estimate how efficient is the transfer of energy and momentum from small- to large-scale outflows. Methods: We conducted Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) observations, at both 22 and 45 GHz, of the compact and faint radio continuum emission in the high-mass star-forming region G023.01-00.41, with an angular resolution between 0.3" and 0.1", and a thermal rms of the order of 10 uJy/beam. Results: We discovered a collimated thermal (bremsstrahlung) jet emission, with a radio luminosity (L_rad) of 24 mJy kpc^2 at 45 GHz, in the inner 1000 AU from an O-type YSO. The radio thermal jet has an opening angle of 44 degrees and brings a momentum rate of 8 10^-3 M_sun yr^-1 km/s. By combining the new data with previous observations of the molecular outflow and water maser shocks, we can trace the outflow emission from its driving source through the molecular clump, across more than two order of magnitude in length (500 AU-0.2 pc). We find that the momentum-transfer efficiency, between the inner jet emission and the extended outflow of entrained ambient gas, is near unity. This result suggests that the large-scale flow is swept-up by the mechanical force of the radio jet emission, which originates in the inner 1000 AU from the high-mass YSO.

研究の動機と目的

• O型YSOの直近の領域におけるイオン化ジェット放射の物理的性質を測定すること。
• 主ジェット（放射）から二次ジェット（分子）への運動量およびエネルギー移譲の効率を定量化すること。
• 多波長データを用いて、500 AU未満の駆動源から0.2 pcの広範囲にわたり流れを追跡すること。
• 放射ジェットが大規模な分子ジェットを主に機械的力で駆動しているかどうかを検証すること。

提案手法

• 22および45 GHzの高感度・高分解能（0.1–0.3 arcsec）VLA観測を実施し、コンパクトな電波連続放射を検出する。
• 光学的厚さが薄いと仮定し、球対称性を前提として、熱的ブレムストラール放出を用いてイオン化ジェットを特定・特徴づける。
• ラム圧バランス式（式2）を適用し、密度対比が100以上であると仮定して、H₂Oメーザーの速度と密度からジェット速度を推定する。
• 事前観測のCOおよびSiO分子ジェット観測、およびH₂Oメーザーの運動学と組み合わせ、500 AUから0.2 pcの範囲で流れを追跡する。
• 時間積分されたジェットの運動量（p_jet = 160 M⊙ km s⁻¹）と観測された分子ジェットの運動量（116 M⊙ km s⁻¹）を比較して運動量移譲効率を計算する。
• スペクトル指数（α ≈ 0.6）を用いて、ジェット速度が半径に従ってどのように変化するかを推定し、速度構造を仮定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 O型YSOの1000 AU以内におけるイオン化ジェットの物理的性質（放射度、運動量率、速度）は何か？
• RQ2 放射ジェットは周囲の環境ガスに運動量をどの程度効率的に移譲し、大規模な分子ジェットを駆動しているか？
• RQ3 500 AUから0.2 pcのダイナミクス範囲において、放射ジェットが観測された分子ジェットの主な機械的駆動源であると見なせるか？
• RQ4 H₂Oメーザー運動学およびラム圧バランスから推定されるジェット速度は何か？
• RQ5 観測された分子ジェットの運動量は、放射ジェットが供給する運動量と整合しているか？

主な発見

• G023.01–00.41のO型YSOの1000 AU以内で、方向性のある熱的ブレムストラール放出による電波ジェットが検出された。45 GHzの放射度は24 mJy kpc²であった。
• 放射ジェットの運動量率は8 × 10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹であり、異なる速度仮定に対しても一貫している。
• H₂Oメーザー速度とラム圧バランスに基づく推定では、300–500 AUで約600 km s⁻¹のジェット速度が得られ、1700 AUでは1000 km s⁻¹を超える。
• 放射ジェットと大規模な分子ジェット間の運動量移譲効率はほぼ1（160 M⊙ km s⁻¹ 対 116 M⊙ km s⁻¹）であり、ジェットが直接ジェットを駆動していることが示唆される。
• 流れはHMC中心から0.2 pcまで追跡可能であり、放射状に整列した発光を示しており、単一の駆動源を支持する。
• スペクトル指数が約0.6であることは、YOSからの距離とともに速度が増加するジェット構造と整合的であることを示唆している。