[論文レビュー] Radio outburst from a massive (proto)star. When accretion turns into ejection

R. Cesaroni, L. Moscadelli+7 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Feb 12, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 28被引用数 20

ひとこと要約

本研究では、VLA、IRAM/NOEMA、ALMAを用いて、質量的原始星S255 NIRS 3における赤外線降着爆発に関連する最初の電波噴出の検出を報告する。6〜45 GHzにおける電波輝度の指数的上昇（赤外線噴出から約13か月後から開始）は、増加するイオン化質量放出率および開口角を伴う熱的放出ジェットのモデルを支持する。ミリメートル波長帯の自由自由放射は、イオン化割合が14%未塔であることを確認しており、これは熱的ジェットにおいて中性成分が支配的であることを示唆する。

ABSTRACT

Context. Recent observations of the massive young stellar object S255 NIRS 3 have revealed a large increase in both methanol maser flux density and IR emission, which have been interpreted as the result of an accretion outburst, possibly due to instabilities in a circumstellar disk. This indicates that this type of accretion event could be common in young/forming early-type stars and in their lower mass siblings, and supports the idea that accretion onto the star may occur in a non-continuous way. Aims. As accretion and ejection are believed to be tightly associated phenomena, we wanted to confirm the accretion interpretation of the outburst in S255 NIRS 3 by detecting the corresponding burst of the associated thermal jet. Methods. We monitored the radio continuum emission from S255 NIRS 3 at four bands using the Karl G. Jansky Very Large Array. The millimetre continuum emission was also observed with both the Northern Extended Millimeter Array of IRAM and the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Results. We have detected an exponential increase in the radio flux density from 6 to 45 GHz starting right after July 10, 2016, namely about 13 months after the estimated onset of the IR outburst. This is the first ever detection of a radio burst associated with an IR accretion outburst from a young stellar object. The flux density at all observed centimetre bands can be reproduced with a simple expanding jet model. At millimetre wavelengths we infer a marginal flux increase with respect to the literature values and we show this is due to free-free emission from the radio jet. Abridged.

研究の動機と目的

• S255 NIRS 3における降着爆発解釈を、関連する熱的ジェット放射の検出によって確認すること。
• ジェットの物理的性質（例えば、イオン化質量放出率、開口角、イオン化割合）を調査すること。
• 降着と噴出の周期的発生が、質量的星形成において一般的であるかどうかを特定すること。
• 電波およびミリメートル波長帯の連続スペクトルをモデル化し、ジェット構造と進化を制約すること。

提案手法

• 4cmバンドの4つの周波数帯で、カール・G・ジャンスキー・非常に大規模電波望遠鏡（VLA）を用いたS255 NIRS 3の多波長モニタリングにより、電波連続スペクトルの変動を検出する。
• IRAM/NOEMAおよびALMAを用いた高分解能ミリメートル波長連続スペクトル観測により、サブアーキ秒分解能でジェットからの自由自由放射をプローブする。
• 単純な拡張ジェットモデルを用いて電波スペクトルをモデル化し、自由自由吸収率を仮定する。円錐形で等温であると仮定し、密度はr⁻²に比例するとする。
• レインズの（1986）形式を用いて、ジェットの物理的パラメータから折りたたみ周波数νₘおよびνₜを導出する。これにより、r₀、r_max、およびqₜと関連付ける。
• qₜ = -3を仮定して、νₜ/νₘの比からr₀/r_maxの比を推定する。νₜ/νₘ = (r_max/r₀)^{qₜ/2.1}を用いる。
• 中間領域におけるスペクトル傾きが約0.6のべき乗則を仮定し、観測された輝度およびスペクトル傾きからイオン化割合を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S255 NIRS 3における赤外線噴出（以前は降着に起因するとされた）が、関連する熱的ジェットからの検出可能な電波噴出を引き起こすか？
• RQ2 噴出期間中のジェットの時間的変化および物理的パラメータ（例：質量放出率、開口角）は何か？
• RQ3 ジェット内のイオン化割合は何か？また、熱的ジェットにおいて中性成分が支配的であるか？
• RQ4 観測された電波およびミリメートル波長帯の連続スペクトルは、単一の拡張ジェットモデルで説明可能か？

主な発見

• S255 NIRS 3で電波噴出が検出された。6〜45 GHzにおける輝度の指数的上昇は、2016年7月10日ごろから開始され、赤外線噴出の推定開始時から約13か月後である。
• 電波バンドにおける観測スペクトルは、単純な拡張ジェットモデルにうまくフィットしており、ジェットの開口角およびイオン化質量放出率が時間とともに著しく増加していることを示唆する。
• ミリメートル波長帯ではわずかな輝度上昇が検出されたが、これは下層の原始星ではなく、イオン化ジェットからの自由自由放射に起因するとされる。
• ジェット内のイオン化割合は14%未塔に制限されており、これは熱的ジェットにおいて中性成分が支配的であることを強く支持する。
• 折りたたみ周波数の比νₜ/νₘは、ジェットの拡張に伴いr₀/r_max比が増加したことを示しており、一貫性がある。
• これらの発見は、質量的原始星における降着爆発と熱的ジェット噴出を直接結びつける最初の証拠を提供し、繰り返し発生する降着・噴出イベントが質量的星形成の鍵であるという考えを支持する。