[論文レビュー] Outflows, infall and evolution of a sample of embedded low-mass protostars. The William Herschel Line Legacy (WILL) survey

J. C. Mottram, E. F. van Dishoeck+23 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Jan 17, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 149被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、ハーシェルおよび地上望遠鏡によるH₂O、COおよび関連種の観測を用いて、49個の近接した（d < 500 pc）、低質量の埋蔵型原始星のフラックス制限サンプルにおいて、物質の噴出、降着、進化を分析した。その結果、水蒸気の放射は、降着に起因するエンベロープの流れよりも、噴出における衝撃波をよりよくトレースしており、クラス0からクラスIにかけて、噴出の力およびエンベロープに対する質量分率が比較的一定であることが判明した。これは、核から星への物質形成効率が約50%であり、噴出の稼働率が約5%であることを示唆している。

ABSTRACT

[Abridged] We present spectroscopic observations in H$_{2}$O, CO and related species with extit{Herschel} HIFI and PACS, as well as ground-based follow-up with the JCMT and APEX in CO, HCO$^{+}$ and isotopologues, of a sample of 49 nearby ($d

研究の動機と目的

• 高分解能の水蒸気および高J CO分光測定を用いて、原始星の噴出における物理的・化学的状態を調査すること。
• 原始星がクラス0からクラスIに進化するにあたり、噴出特性、エンベロープ質量、降着率がどのように変化するかを特定すること。
• 衝撃波とエンタインメント効率が、噴出を駆動する役割を果たす割合と、全放射光度およびエンベロープ質量との関連を評価すること。
• 全サンプルにわたる単一望遠鏡観測におけるHCO⁺およびH₂Oの降着シグナルの検出可能性を検討すること。
• 統計的に信頼性の高いフラックス制限サンプルを用いて、噴出の力、降着率、進化段階との関係を定量すること。

提案手法

• スパイトルおよびハーシェルの光度測定調査から選別された、49個の近接した（d < 500 pc）原始星候補に対して、ハーシェルHIFIおよびPACSを用いたH₂O、COおよび関連種の分光測定を実施した。
• CO、HCO⁺および同位体体を低J遷移で観測するため、JCMTおよびAPEXを用いた地上補足観測を実施した。
• 近赤外からミリ波までの一連のスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、全放射光度（L_bol）、全放射温度（T_bol）、エンベロープ質量（M_env）を導出した。
• 低J COラインプロファイルから噴出の力を測定し、質量噴出率（M_out）および運動量フラックス（F_CO）を導出し、エンタインメント効率を評価した。
• [O i]およびH₂Oの放射度を用いて降着活動および衝撃励起を調査し、L_bolおよびM_envとの相関関係を比較した。
• HCO⁺およびH₂Oのライン非対称性および青/赤非対称性を用いて降着シグナルを評価し、単一望遠鏡データにおける検出限界を検討した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラス0からクラスIにかけて、噴出特性（力や質量フラックス）はどのように変化するか？
• RQ2 噴出において、衝撃波（H₂Oでトレース）とエンタインメントされた分子ガス（低J COでトレース）の寄与はそれぞれどの程度か？
• RQ3 [O i]、H₂O、低J COの放射度は、全放射光度およびエンベロープ質量とどのように相関するか？ これらの相関関係は、降着活動および衝撃励起の性質をどのように明らかにするか？
• RQ4 大規模でフラックス制限されたサンプルにおいて、単一望遠鏡観測におけるHCO⁺およびH₂Oの降着シグナルはどの程度検出可能か？
• RQ5 F_CO / M_acc比および観測されたラインプロファイルに基づいて、推定されるエンタインメント効率および風発生半径は何か？

主な発見

• 水蒸気放射は、主に噴出における衝撃波に関連しており、低J COでトレースされる冷たい、遅いエンタインメントガスとは関連が薄い。水蒸気放射度は、全放射光度よりもエンベロープ質量との相関が強い。
• 低J COからの噴出の力は、クラス0からクラスIにかけて進化に伴い減少しており、動的噴出活動の低下を示している。
• エンベロープに対する噴出質量分率（M_out / M_env）は、両クラスにおいて中央値で約1%のほぼ一定を示しており、これは核から星への物質形成効率が約50%であり、噴出の稼働率が約5%であることを支持している。
• エンタインメント効率（F_CO / M_accの比）は、すべての源および進化段階で一定であり、中央値から風発生半径が約6.3 km s⁻¹であると推定される。これは、1 AU付近で発生した場合に30–60%のエンタインメント効率、あるいはより外側で発生した場合にはほぼ100%の効率であることを示唆している。
• [O i]の放射度は全放射光度と強く相関するが、エンベロープ質量とは相関しないことから、現在の降着活動をトレースしているとされる。一方、低J COは、噴出の動的時標識にわたる平均的な降着をトレースしている。
• 予想に反して、HCO⁺およびH₂Oの降着シグナルは、大規模でフラックス制限されたサンプルにおいても、単一望遠鏡観測では弱く、検出が困難であることが判明した。これは、広がった冷たいエンベロープにおいて降着を検出する際の限界を示唆している。