[論文レビュー] On the massive young stellar object AFGL4176: High-spatial-resolution multi-wavelength observations and modeling

P. A. Boley, H. Linz+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、質量の大きな若い星形成対象AFGL 4176の高空間分解能・多波長観測を実施し、VLTI/MIDIの中赤外干渉計測定、Herschelの遠赤外線画像、APEXのサブミリ波長データを統合した。観測データは球対称性からの著しいずれらを示しており、1次元のガウス的ハローと傾いた原始惑星系円盤（60°の傾き、位置角160°）からなる幾何学的モデルによって最もよく説明される。この円盤は数100 AUまで延びており、AFGL 4176は現在までに検出された中で最も明るい質量の大きな若い星であり、円盤が存在することが確認された。

ABSTRACT

Deeply embedded and at distances of several kiloparsecs, massive young stellar objects (MYSOs) present numerous challenges for observation and study. In this work, we present spatially-resolved observations of one MYSO, AFGL 4176, together with survey and literature data, ranging from interferometric observations with VLTI/MIDI in the mid-infrared, to single-dish Herschel measurements in the far-infrared, and sub-millimeter data from APEX. We consider this spatially-resolved, multi-wavelength data set in terms of both radiative transfer and geometric models. We find that the observations are well described by one-dimensional models overall, but there are also substantial deviations from spherical symmetry at scales of tens to hundreds of astronomical units, which are revealed by the mid-infrared interferometric measurements. We use a multiple-component, geometric modeling approach to explain the mid-infrared emission on scales of tens to hundreds of astronomical units, and find the MIDI measurements are well described by a model consisting of a one-dimensional Gaussian halo and an inclined (θ=60 deg) circumstellar disk extending out to several hundred astronomical units along a position angle of 160 deg. Finally, we compare our results both with previous models of this source, and with those of other MYSOs, and discuss the present situation with mid-infrared interferometric observations of massive stars.

研究の動機と目的

• 多波長・高分解能データを用いて、深く埋もれた質量の大きな若い星形成対象（MYSO）AFGL 4176の複雑な構造を解明すること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）のフィッティングだけでは不十分なため、空間分解能のある干渉計測定データを組み込むことにより、そのデgeneracy（不確かさ）を克服すること。
• 中赤外干渉計測定データに観測された非球対称性が、円盤や噴流などの非球対称構造によって説明可能かどうかを検証すること。
• AFGL 4176の物理的性質を他のMYSOと比較し、質量の大きな星形成における中赤外干渉計測定モデルの信頼性を評価すること。
• 中赤外線からサブミリ波長にわたる観測された放射の主因となる物理的成分（包層、円盤、噴流）を特定すること。

提案手法

• 多波長データ取得：中赤外干渉計測定（Nバンド）にはVLTI/MIDI、遠赤外線画像にはHerschel/Hi-GAL（70および160 µm）、サブミリ波長連続スペクトルマッピングにはAPEX/ATLASGAL（870 µm）を用いた。
• 球対称な包層に内側の密度増加を組み込んだ1次元放射平衡輸送モデルを用いて、SEDおよび空間構造をモデリングした。
• MIDI visibilities（干渉計測定のVisibility）を、複数の構成要素（ガウス的ハローと傾いた原始惑星系円盤）を含む幾何学的モデリングにより解析した。
• 円盤モデリングには、傾き60°、位置角160°、150 AUまで延びる円盤を仮定し、中赤外の visibility 振幅および位相に適合させた。
• 放射平衡コードを用いて、ほこりの放射と減光を再現し、モデル予測値と10–870 µmの観測SEDおよび visibility データを比較した。
• アーカイブデータおよび文献データ（例：電波、メタノールメーザー、近赤外線スペックラ像）を用いて、源の位置、運動学、噴流活動を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1次元放射平衡輸送モデルは、AFGL 4176の全多波長SEDおよび空間構造を適切に再現できるか？
• RQ2 AFGL 4176の中赤外干渉計測定データに観測された球対称性からのずれの原因は何か？
• RQ3 中赤外放射構造は、原始惑星系円盤によって最もよく説明できるか？ もしそうならば、その主要な物理的パラメータは何か？
• RQ4 AFGL 4176の幾何学的構造は、他の既知のMYSOと比較して、特に円盤の有無と明るさの観点でどう異なるか？
• RQ5 噴流成分や拡張した放射特徴が、MYSOのMIDI干渉計測定にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• 内側に密度増加を有する1次元放射平衡輸送モデルは、中赤外からサブミリ波長にわたるSEDおよび空間構造を良好に再現した。
• VLTI/MIDIによる中赤外干渉計測定データは、数十〜数100 AUスケールで球対称性からの著しいずれらを示しており、非球対称構造の存在を示唆している。
• MIDIデータは、1次元ガウス的ハローと60°の傾き・位置角160°の傾いた原始惑星系円盤（数100 AUまで延びる）を含む幾何学的モデルによって最もよく説明される。
• 円盤モデルは、150 AU内に4×10⁻⁵ M☉のほこり質量を有することを示しており、観測された中赤外放射およびvisibility振幅と整合的である。
• AFGL 4176は、円盤が検出された中で最も明るい質量の大きな若い星形成対象（L ≈ 10⁴ L☉）であり、円盤形成研究にとって重要な対象である。
• 強い電波連続スペクトルが観測されず、ショック状態のH₂放射が観測されることから、複雑な噴流環境にあると推測されるが、明確なジェット方向は特定されていない。