[論文レビュー] Simultaneous 22 GHz Water and 44 GHz Methanol Masers Survey of Ultracompact HII Regions

Kim, Won-Ju, Kim, Kee-Tae+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 18

ひとこと要約

本研究は、103個の超小形HII領域（UCHiis）を対象として、22 GHz H₂O マイクロ波メーザーと44 GHz クラスI CH₃OH マイクロ波メーザーの同時多エポック調査を実施した。それぞれ72%および53%の源でメーザーを検出。高い検出率と、ボリオメトリック・ラジオ・サブミリ波長の放射出力との強い相関から、両メーザー種は超小形HII領域の期間と同時に発生していることが示唆される。H₂Oメーザーは急速な変動と高スペード成分を示す一方、CH₃OHメーザーは時間的に安定している。

ABSTRACT

We have carried out a multi-epoch simultaneous survey of 22 GHz H$_2$O and 44 GHz Class I CH$_3$OH masers toward 103 ultracompact HII regions (UCHIIs) between 2010 and 2017. We detected H$_2$O and CH$_3$OH maser emission in 74 (72%) and 55 (53%) UCHIIs, respectively. Among them, 3 H$_2$O and 27 CH$_3$OH maser sources are new detections. These high detection rates suggest that the occurrence periods of both maser species are significantly overlapped with the UCHII phase of massive star formation. The CH$_3$OH maser lines always have small (< 10 km s$^{-1}$) relative velocities with respect to the natal molecular cores, while H$_2$O maser lines often show larger relative velocities. Twenty four H$_2$O maser-detected sources have maser lines at relative velocities > 30 km s$^{-1}$, and thirteen of them show extremely high-velocity (> 50 km s$^{-1}$) components. The appearance and disappearance of H$_2$O maser lines are quite frequent over six-month or one-year time intervals. In contrast, CH$_3$OH maser lines usually do not exhibit significant variations in the line intensity, velocity, or shape for the same periods. The isotropic luminosities of both masers appear to correlate with the bolometric luminosities of the central stars. This correlation becomes much stronger in the case that data points in the low- and intermediate-mass regimes are added. The maser luminosities also tend to increase with the radio continuum luminosities of UCHIIs and the submillimeter continuum luminosities of the associated dense cores.

研究の動機と目的

• 超小形HII領域（UCHiis）における22 GHz H₂Oおよび44 GHz クラスI CH₃OHメーザーの同時発生と時間的挙動を調査すること。
• メーザー活動と質量星形成の超小形HII領域段階との重複度を特定すること。
• 複数エポックにわたる観測により、メーザー線強度・ドップラー速度・プロファイル形状の時間的変動を検討すること。
• 中心星の物理的性質および関連する高密度核との間でメーザー出力と相関するかを検討すること。
• 従来の単一電波望遠鏡調査を上回る感度を持つ、UCHiis向け44 GHz CH₃OHメーザーのカタログを構築すること。

提案手法

• 2010年から2017年の間に、22 GHz（H₂Oメーザー）および44 GHz（クラスI CH₃OHメーザー）の感度の高い単一電波望遠鏡を用いて、複数エポックの電波連続分光線調査を実施した。
• 既知の電波および赤外線的性質に基づき、高質量のプロト星または初期期B型星を有する質量星形成領域を対象に、103個のUCHiisを選定した。
• 分子線調査からシステム的ドップラー速度を測定し、メーザー特徴の母体分子核に対する径方向速度を特定した。
• 赤外線距離推定値を用いて、放射出力密度と距離推定値から、H₂OおよびCH₃OHメーザーの等方的出力を計算した。
• 中心星のボリオメトリック出力、ラジオ連続分光出力（2および6 cm）、および高密度核のサブミリ波長（850 µm）連続分光出力と、メーザー出力を相関させた。
• 複数エポックにわたるメーザー線プロファイルの比較により、時間的変動を分析し、一時的または安定的特徴を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超小形HII領域における22 GHz H₂Oおよび44 GHz クラスI CH₃OHメーザーの検出率はどの程度か。また、従来の調査と比較するとどうなるか。
• RQ2 H₂OおよびCH₃OHメーザー活動は、質量星形成の超小形HII領域段階とどの程度時間的に重複しているか。
• RQ3 H₂OおよびCH₃OHメーザーの母体分子核に対する径方向速度の違いは何か。
• RQ4 6か月から1年間の時間スケールで、H₂OおよびCH₃OHメーザー線強度・ドップラー速度・プロファイル形状の時間的変動はどのように異なるか。
• RQ5 H₂OおよびCH₃OHメーザーの等方的出力は、中心星のボリオメトリック出力および関連する高密度核の出力とどの程度相関するか。

主な発見

• H₂Oメーザーは103個中74個（72%）の源で検出された。CH₃OHメーザーは55個（53%）で検出された。両者とも超小形HII領域段階と強く関連している。
• 検出された源のうち、H₂Oメーザー3例およびCH₃OHメーザー27例は新たに同定されたものであり、メーザー放射を示すUCHiisの既知のサンプルが拡大された。
• H₂Oメーザー線は頻繁に高スペード成分を示し、24個の源で相対的ドップラー速度が30 km s⁻¹を超えており、13個で50 km s⁻¹を超えていた。これは動的噴流を示唆する。
• H₂Oメーザー放射は急速な変動を示し、6か月から1年間の間で線の出現・消滅が観測された。
• 一方、CH₃OHメーザー線は、同じ時間スケールで強度・速度・形状の変化が最小限に抑えられており、安定したポンピング条件が示唆された。
• 両メーザー種の等方的出力は、中心星のボリオメトリック出力と強く相関しており、低・中質量源を含めた場合に顕著であった。また、UCHiisおよびその高密度核のラジオおよびサブミリ波長連続分光出力とも有意な相関が見られた。