[論文レビュー] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects. I Infrared point sources and nebulae

M. S. N. Kumar, J. M. C. Grave|ArXiv.org|May 30, 2007

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、スパイクァーIRAC GLIMPSEデータを用いて381個の高質量原始星物質候補（HMPO）を分析し、赤外対応物およびネビュラの形状を同定した。高いスペクトル指数（α = 2–5）およびコンパクトで構造的なネビュラー、これは超短縮HII領域に類似しており、分子的およびイオン化成分からの継続的かつ進行中の降着を示しており、急速で孤立した分子流入よりも、連続的降着モデルが大質量星形成に適していることを支持する。

ABSTRACT

The GLIMPSE archive was used to obtain 3.6--8.0micron, point source photometry and images for 381 massive protostellar candidates lying in the Galactic mid-plane. The colours, magnitudes and spectral indicies of sources in each of the 381 target fields were analysed and compared with the predictions of 2D radiative transfer model simulations. Although no discernable embedded clusters were found in any targets, multiple sources or associations of redenned young stellar objects were found in many sources indicating multiplicity at birth. The spectral index ($α$) of these point sources in 3.6--8.0mum bands display large values of $α$=2--5. A color-magnitude analog plot was used to identify 79 infrared counterparts to the HMPOs. Compact nebulae are found in 75% of the detected sources with morphologies that can be well described by core-halo, cometary, shell-like and bipolar geometries similar to those observed in ultra-compact HII regions. The IRAC band SEDs of the IR counterparts of HMPOs are best described to represent YSOs with a mass range of 8--20\msun in their Class I stages when compared with 2D radiative transfer models. They also suggest that the high $α$ values represent reprocessed star/star+disk emission that is arising in the dense envelopes. Thus we are witnessing the luminous envelopes around the protostars rather than their photospheres or disks. We argue that the compact infrared nebulae likely reflect the underlying physical structure of the dense cores and are found to imitate the morphologies of known UCHII regions. Our results favour models of continuuing accretion involving both molecular and ionised accretion components to build the most massive stars rather than purely molecular rapid accretion flows.

研究の動機と目的

• スパイクァーIRAC GLIMPSEデータを用いて、銀河の中央平面における高質量原始星物質（HMPO）候補の赤外対応物を同定すること。
• HMPOのミッドインフラレッド（MIR）特性、特に点源の色、明るさ、スペクトル指数を調査し、その進化段階を制約すること。
• 点源のクラスタリングおよび形態的分析を通じて、HMPO周辺の埋蔵された集団または多重性の兆候を探索すること。
• HMPOと関連するコンパクトな赤外ネビュラの特徴を明らかにし、既知の超短縮HII領域とその形状を比較すること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）およびミリ波・センチメートル波長データとの空間的相関を分析することで、大質量星形成における継続的降着（分子的およびイオン化成分を含む）の役割を評価すること。

提案手法

• 4つの主要な調査（Mol96、Sri02、Fon02、Faun04）から得られた381個のHMPO候補の、公開済みのGLIMPSE点源光度カタログおよび画像カットアウトを用いた。
• ターゲット領域および40のコントロール領域における点源の色-色図分析を実施し、赤く色あせたクラスIおよびクラスIIの若い星候補（YSO）を同定した。
• IRAC 3.6–8.0 μmのフラックスからスペクトル指数（α）を計算し、赤外対応物の埋蔵状態および進化段階を評価した。
• 絶対等級対α-等級（AM積）図を構築し、検出されたYSOの星質量を推定した。2次元放射移動モデルと比較した。
• 8 μm画像におけるネビュラの形状を分析し、コア-ハロー型、コメット型、シェル型、二極型の構造に分類した。
• GLIMPSEの結果と既存のミリ波およびセンチメートル（VLA）データを照合し、イオン化領域および降着の兆候の有無を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HMPO候補と関連する赤外対応物のミッドインフラレッド特性（色、明るさ、スペクトル指数）は何か？
• RQ2 観測された赤外対応物およびネビュラは、大質量星の形成当初における多重性または埋蔵された集団形成を示唆するか？
• RQ3 コンパクトな赤外ネビュラの形状は、既知の超短縮HII領域とどのように異なっているか？また、これは密度の高いコアの物理的構造を何を明らかにするか？
• RQ4 IRACバンドで観測された高いスペクトル指数（α = 2–5）の性質は何か？これは、放出メカニズム（例：包層対比ディスク対比大気層）にどのような含意を持つか？
• RQ5 観測データは、分子的およびイオン化ガスを含む連続的降着モデルと整合するか？それとも、急速で孤立した分子降着を支持するか？

主な発見

• 381個のHMPOのうち、8 μmで明るく、ミリ波ピークの中心に位置し、スペクトル指数（α）が2を超える79個の赤外対応物が同定された。これは、濃密な包層に深く埋蔵されていることを示している。
• 3.6–8.0 μmの点源のスペクトル指数（α）は2から5の範囲にあり、これは、原始星の包層からの再放射放出に一致しており、大気層やディスクとは異なる。
• HMPOの60％が、超短縮HII領域に類似したコア-ハロー型、コメット型、シェル型、二極型の形状を示すコンパクトな赤外ネビュラと関連している。
• 最も若いサブセット（Sri02およびMol96）のネビュラのサイズ分布は、0.1–1 pcにピークを示し、平均で0.5 pcであった。これは、ミリ波で同定された濃密コア内に空間的に閉じ込められていることを示している。
• GLIMPSEの赤外対応物とセンチメートル連続スペクトルの観測的相関は、中心星の周辺にイオン化領域が存在することを支持しており、イオン化降着が進行中であることを示している。
• データは、分子的およびイオン化成分を含む連続的降着を伴う大質量星形成のシナリオを支持しており、急速で孤立した分子降着流を支持するものではない。