[論文レビュー] Proper motions of the outer knots of the HH 80/81/80N radio-jet

Josep M. Masqué, Luis F. Rodrı́guez+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、HH 80/81/80Nジェットの外側の電波 Knot HH 80、HH 81、HH 80Nにおける最初の電波波長での固有運動測定を報告し、これらが高質量な原始星によって駆動される1つの延長された電波ジェットに属することを確認した。得られた接線速度は、HH 80Nで263 km s⁻¹、HH 80で351 km s⁻¹、HH 81で223 km s⁻¹であり、内側のジェット Knot よりも著しく遅い（600–1400 km s⁻¹）。これは、密度の高い周囲媒体との相互作用による強い減速を示しており、同期放射発光は逆シャワー領域における相対論的電子の加速を示唆し、磁界強度は約1 mGである。

ABSTRACT

(abridged) The HH 80/81/80N jet extends from the HH 80 object to the recently discovered Source 34 and has a total projected jet size of 10.3 pc, constituting the largest collimated radio-jet system known so far. It is powered by IRAS 18162-2048 associated with a massive young stellar object. We report 6 cm JVLA observations that, compared with previous 6 cm VLA observations carried out in 1989, allow us to derive proper motions of the HH 80, HH 81 and HH 80N radio knots located about 2.5 pc away in projection from the powering source. For the first time, we measure proper motions of the optically obscured HH 80N object providing evidence that HH 81, 80 and 80N are associated with the same radio-jet. We derived tangential velocities of these HH objects between 260 and 350 km/s, significantly lower than those for the radio knots of the jet close to the powering source (600-1400 km/s) derived in a previous work, suggesting that the jet material is slowing down due to a strong interaction with the ambient medium. The HH 80 and HH 80N emission at 6 cm is, at least in part, probably synchrotron radiation produced by relativistic electrons in a magnetic field of 1 mG. If these electrons are accelerated in a reverse adiabatic shock, we estimate a jet total density of $\lesssim1000$ cm$^{-3}$. All these features are consistent with a jet emanating from a high mass protostar and make evident its capability of accelerating particles up to relativistic velocities.

研究の動機と目的

• 複数エポックの電波観測を用いて、外側の電波 Knot HH 80、HH 81、HH 80N の固有運動を特定すること。
• これらの Knot が同一の延長された電波ジェット系に属しているかどうかを確認し、特に新しく発見された Source 34 との関連性を検証すること。
• ジェットの減速メカニズムと、駆動源から遠く離れた距離でのシャワー発光の性質を調査すること。
• ジェット内の物理的状態、特に速度、密度、磁界強度、および粒子加速効率を制約すること。

提案手法

• 2014年にC配置で実施した6 cm VLA観測を、アーカイブされた1989年のVLA 6 cm観測と比較し、固有運動を測定した。
• 1989年と2014年の観測間の時間ベースラインを用いて、電波 Knot の角度的変位から横方向速度を計算した。
• スペクトル指数（α ≈ −0.3）を分析し、同期放射発光の起源を推定し、エネルギー分配の議論を用いて磁界強度を推定した。
• bow シャワーおよび逆シャワー（マッハディスク）のシナリオを用いて衝撃波動力学をモデル化し、冷却長および衝撃の断熱性を推定した。
• フェルミI加速メカニズムを用いて、逆シャワー領域における相対論的電子生成を説明した。
• エネルギー分配および衝撃圧縮モデルを用いて、ジェット密度および磁界強度を推定した。磁界強度を約1 mG、電子エネルギー分布を力学的指数分布と仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外側の電波 Knot HH 80、HH 81、HH 80N は、同一のコリメートされた電波ジェット系に属しているか？
• RQ2 HH 80、HH 81、HH 80N の固有運動は何か？ また、内側ジェット Knot の速度と比べてどう異なるか？
• RQ3 HH 80N で観測された6 cmでの同期放射発光の起源は何か？ これは衝撃条件および粒子加速にどのような含意を持つか？
• RQ4 外側 Knot の観測速度が内側ジェット Knot よりも著しく遅いのはなぜか？
• RQ5 観測された発光および運動学を説明するためには、どのような物理的状態（密度、磁界、衝撃タイプ）が必要か？

主な発見

• HH 80N の固有運動は263 km s⁻¹と測定され、HH 80/81/80N 電波ジェットに属することを確認した。これにより、ジェットの投影長さ10.3 pc が支持された。
• HH 80 と HH 81 はそれぞれ351 km s⁻¹および223 km s⁻¹の接線速度を示し、内側ジェット Knot の600–1400 km s⁻¹と比べて著しく遅い。
• ジェットは密度の高い周囲媒体との相互作用によって減速されており、HH 80 と HH 81 は雲の端縁近くに位置し、不均一な状態が固有運動の方向を歪めている。
• HH 80N における6 cmでの同期放射発光は、逆シャワーで加速された相対論的電子に起因し、磁界強度は約1 mGである。
• ジェット密度は≤1000 cm⁻³ に制約され、逆シャワーが放射的でないことを保証するためには、ジェット速度が800 km s⁻¹を超える必要がある。これはフェルミI加速と整合的である。
• ジェットの運動エネルギー密度の約1%しか非熱的エネルギーに変換されていないため、衝撃領域でのエネルギー散逸が効率的に行われていることが示唆された。