[論文レビュー] Outflow Structure and Velocity Field of Orion Source I: ALMA Imaging of SiO Isotopologue Maser and Thermal Emission

Florian Niederhofer, E. M. L. Humphreys+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 9, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 25被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ALMA科学的検証データを用いてオリオンBN/KL領域のSiO同素体を像写し、Source Iから延びる複雑な二重極性の噴流が最大5,000 AUまで達していることを明らかにした。214 GHzの高周波数（v=1 J=5-4遷移）SiOメーザー放射の最初の証拠が得られ、これは内側の噴流領域（<100 AU）をトレースし、高質量の若い星形成天体における円盤-噴流ダイナミクスの今後の高解像度研究を可能にする。

ABSTRACT

Using Science Verification data from the Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), we have identified and imaged five rotational transitions (J=5-4 and J=6-5) of the three silicon monoxide isotopologues 28SiO v=0, 1, 2 and 29SiO v=0 and 28Si18O v=0 in the frequency range from 214 to 246 GHz towards the Orion BN/KL region. The emission of the ground-state 28SiO, 29SiO and 28Si18O shows an extended bipolar shape in the northeast-southwest direction at the position of Radio Source I, indicating that these isotopologues trace an outflow (~18 km/s, P.A. ~50deg, ~5000 AU in diameter) that is driven by this embedded high-mass young stellar object (YSO). Whereas on small scales (10-1000 AU) the outflow from Source I has a well-ordered spatial and velocity structure, as probed by Very Long Baseline Interferometry (VLBI) imaging of SiO masers, the large scales (500-5000 AU) probed by thermal SiO with ALMA reveal a complex structure and velocity field, most likely related to the effects of the environment of the BN/KL region on the outflow emanating from Source I. The emission of the vibrationally-excited species peaks at the position of Source I. This emission is compact and not resolved at an angular resolution of ~1.5" (~600 AU at a distance of 420 pc). 2-D Gaussian fitting to individual velocity channels locates emission peaks within radii of 100 AU, i.e. they trace the innermost part of the outflow. A narrow spectral profile and spatial distribution of the v=1 J=5-4 line similar to the masing v=1 J=1-0 transition, provide evidence for the most highly rotationally excited (frequency &gt; 200 GHz) SiO maser emission associated with Source I known to date. The maser emission will enable studies of the Source I disk-outflow interface with future ALMA longest baselines.

研究の動機と目的

• ALMAによるSiO同素体の観測を用いて、オリオンSource Iの広域噴流構造と速度場をマッピングすること。
• 振動励起されたSiO遷移における熱放射とメーザー放射を区別すること。
• 1,000 AUを超える領域における噴流の力学的複雑性を調査し、単純なコリメートドモデルが破綻する領域を明らかにすること。
• v=1 J=5-4 SiOの性質を特定し、高周波数メーザー tracer としての可能性を評価すること。
• BN/KL領域における環境的相互作用が、大スケールでの噴流形態に与える影響を制約すること。

提案手法

• 214–246 GHzのALMA科学的検証データを用いて、28SiO、29SiO、および28Si18O同素体の5つの回転遷移を観測した。
• 2次元ガウスフィッティングを速度チャンネルに適用し、<100 AU解像度での発光ピークの特定と空間構造のマッピングを行った。
• 放射強度、波長、ビーム立体角を用いて輝度温度（Tb）を計算し、熱放射とメーザー放射を区別した。
• スペクトル線プロファイルと空間分布を、既知のVLBIメーザー観測データと比較し、メーザー行動を評価した。
• システム的速度と線の非対称性を分析し、大スケールでの速度勾配や回転を除外した。
• 13CH3CNによる汚染を検討し、29SiOにおける顕著な高エネルギー速度特徴の原因としての可能性を除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 28SiOのv=1 J=5-4遷移は200 GHz以上の周波数でメーザー的特性を示すか？
• RQ2 500–5,000 AUスケールにおけるSiO噴流の空間的および速度的構造は何か？
• RQ3 モーメント1マップにおける青-赤非対称性は本物のものか、汚染やビーム効果に起因するアーチファクトか？
• RQ4 29SiOの発光は熱放射に起因するのか、それとも一部がメーザーに起因するのか？
• RQ5 BN/KL領域における環境的相互作用は、Source Iの噴流の形態と運動学にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 28SiOおよび29SiOの基底状態遷移は、位置角約50°、速度約18 km s⁻¹の広角的でゆっくりとした（18 km s⁻¹）二重極性噴流をトレースしており、最大約5,000 AUまで延びている。
• v=1 J=5-4 28SiOの発光は約1.5''ビームサイズ（約600 AU）で解像されないため、Source Iの100 AU以内からの発光を示している。
• 非常に狭い線幅（<3.5 km s⁻¹）とv=1 J=5-4 28SiOの空間的分布は、メーザー的J=1-0 v=1遷移とよく一致しており、200 GHz以上の高周波数SiOメーザーの最初の証拠が得られた。
• v=1 J=5-4 28SiOの輝度温度推定値は580 Kを超えており、メーザー放射を支持するが、v=0遷移は低輝度温度（約50–100 K）であり、熱放射を示している。
• 29SiOにおける顕著な高エネルギー速度特徴は、13CH3CNによる汚染に起因するものであり、大スケールでの速度勾配や回転の可能性を除外した。
• 29SiOの発光は28SiOよりも明るく、メーザー寄与の可能性は示唆されるが、熱放射が主成分のままである。