[論文レビュー] Physical properties of outflows

P. Bjerkeli, R. Liseau+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 29, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、COとH2Oを tracer として用い、3つのクラス0プロト星（L1448、VLA 1623、L1157）における物理的流出特性—動量率（推力）および機械的輝度（パワー）—を比較した。高分解能のHerschel/HIFIおよびSpitzerデータを用い、H2OおよびH2からの推定値がCOに基づく値とそれぞれ要因4および3の範囲内で一致することを発見した。これは、励起状態や発光領域の違いがあるにもかかわらず、COが流出エネルギーの推定に依然として信頼できる tracer であることを示している。

ABSTRACT

Context. The observed physical properties of outflows from low-mass sources put constraints on possible ejection mechanisms. Historically, these quantities have been derived from CO using ground-based observations. It is, therefore, important to investigate whether parameters such as momentum rate (thrust) and mechanical luminosity (power) are the same when different molecular tracers are used. Aims. Our objective is to determine the outflow momentum, dynamical time-scale, thrust, energy, and power using CO and H2O as tracers of outflow activity. Methods. Within the framework of the Water In Star-forming regions with Herschel (WISH) key program, three molecular outflows from Class 0 sources have been mapped using the Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) instrument aboard Herschel. We used these observations together with previously published H2 data to infer the physical properties of the outflows. We compared the physical properties derived here with previous estimates based on CO observations. Results. Inspection of the spatial distribution of H2O and H2 confirms that these molecules are co-spatial. The most prominent emission peaks in H2 coincide with strong H2O emission peaks and the estimated widths of the flows when using the two tracers are comparable. Conclusions. For the momentum rate and the mechanical luminosity, inferred values are not dependent on which tracer is used, i.e. the values agree to within a factor of 4 and 3, respectively.

研究の動機と目的

• 本論文の目的は、COから導かれた物理的流出パラメータが、H2OおよびH2から得られたものと整合するかどうかを評価することである。
• 分子 tracer の選択（CO 対 H2O/H2）が、動量率および機械的輝度の推定に与える影響を調査することである。
• 地上望遠鏡によるCO観測が、原始環境への流出の影響を推定するために信頼できるかを評価することである。
• H2OおよびH2の発光の空間的および運動的共位置を検討し、それらが衝撃ガス内に共通の起源を持つことを評価することである。

提案手法

• 著者らは、Herschel/HIFI機器を用いて、3つのクラス0流出（L1448、VLA 1623、L1157）におけるH2O（110–101）線（557 GHz）を高スペクトル・空間分解能でマッピングした。
• HIFIデータを、事前に発表済みのSpitzerからのH2回転線データと統合し、流出の物理的性質を推定した。
• 質量、運動量、運動エネルギー、動的 timescale、動量率（推力）、機械的輝度といった物理的パラメータを、標準的な流出診断式を用いて計算した。
• H2OおよびH2から得られたパラメータを、同じ源について既に発表済みのCOベースの推定値と比較した。
• 運動量およびエネルギー計算における視線方向の投影効果を補正するために、傾き角を適用した。
• 分析では、一定の風速度200 km s⁻¹を仮定し、標準的な式（運動量 P = M × <v>、運動エネルギー E = ½M × <v>²、動的 timescale tdyn = L / <v>、動量率 dP/dt = P / tdyn、機械的輝度 dE/dt = E / tdyn）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H2OおよびH2から導かれた動量率および機械的輝度は、クラス0流出においてCOから導かれた値と一致するか？
• RQ2 H2O発光の空間的分布はH2およびCOと一致するか？ これは、衝撃ガス内に共通の起源があることを示唆するか？
• RQ3 H2OおよびH2から推定された物理的性質は、COからの推定値と数倍の範囲内で整合するか？ これによりCOが信頼できる tracer であることが支持されるか？
• RQ4 異なる励起条件および発光領域（冷たいガス対温かいガス）が、流出パラメータ推定値に与える影響は何か？
• RQ5 地上望遠鏡によるCO観測は、流出が原始環境に与えるエネルギー的影響を評価するのに十分であるとみなせるか？

主な発見

• H2OおよびH2から得られた動量率（推力）は、3つの源すべてにおいてCOベースの推定値と要因4の範囲内で一致した。
• H2OおよびH2から得られた機械的輝度（パワー）は、COベースの推定値と要因3の範囲内で一致し、COがトレーサーとしての信頼性を有することを示した。
• H2OおよびH2の発光は空間的に共位置しており、H2の強い発光ピークが顕著なH2Oピークと一致しており、共通の励起条件を示唆した。
• H2OおよびH2トレーサーを用いた流出幅の推定値は同等であり、一貫した運動的構造を支持した。
• L1448およびL1157では風の質量損失率が約10⁻⁶ M⊙ yr⁻¹、VLA 1623では約10⁻⁷ M⊙ yr⁻¹と推定され、降着輝度モデルと整合的であった。
• わずかなずれはあったが、本研究は地上CO観測が、COから得られたパラメータがH2OおよびH2からの値と数倍の範囲内で一致するため、原始環境への流出の影響を評価するのに十分であると結論づけた。