[論文レビュー] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects II - SED modelling of a bonafide sample

J. M. C. Grave, M. S. N. Kumar|ArXiv.org|Jan 14, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用数 28

ひとこと要約

本研究は、2MASS、GLIMPSE、MSX、IRAS、およびSubmillimeter調査の多波長データを用いて、68個の高質量素星形成中対象物（HMPO）の妥当な赤外対応体のスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化する。2次元放射平衡移動モデルを適用した結果、これらの源は、高質量の原始星（5–42 M☉、中央値10 M☉）で、高い包層降着レート（約10⁻³ M☉/yr）、広大な包層（約0.2–0.3 pc）、およびディスクを伴うことが示され、球対称な降着とB型またはO型星への進化が進行中であることを示している。

ABSTRACT

We aim to estimate and analyse the physical properties of the infrared counterparts of HMPOs by comparing their spectral energy distributions (SED) with those predicted by radiative transfer accretion models of YSOs. The SED of 68 IRCs are extended beyond the GLIMPSE photometry to the possible limits, from the near-infrared to the millimetre wavelengths by using the 2MASS, GLIMPSE version 2.0 catalogs, MSX, IRAS and some single dish (and interferometric) (sub)mm data. An online SED fitting tool that uses 2D radiative transfer accretion models of YSOs is employed to fit the observed SED to obtain various physical parameters. The SED of IRCs were fitted by models of massive protostars with a range of masses between 5-42 Msun and ages between 10^3 and 10^6 years. The median mass and age are 10 Msun and 10^4 yrs. The envelopes are large with a mean size of ~ 0.2-0.3 pc and show a distribution that is very similar to the distribution of the sizes of 8 micron nebulae discussed in Paper I. The estimated envelope accretion rates are high with a mean value of 10^(-3) Msun/yr and show a power law dependence to mass with an exponent of 2, suggesting spherical accretion at those scales. Disks are found to exist in most of the sources with a mean mass of 10^(-1.4+-0.7) Msun. The observed infrared-millimetre SED of the infrared counterparts of HMPOs are successfully explained with an YSO accretion model. The modelled sources mostly represent proto-B stars although some of them could become O stars in future. We demonstrate that many of these results may represent a realistic picture of massive star formation, despite some of the results which may be an effect of the assumptions within the models.

研究の動機と目的

• 多波長SEDデータを用いて、高質量素星形成中対象物（HMPO）の赤外対応体（IRC）の物理的性質を特定すること。
• YSOの放射平衡移動モデルが、近赤外からミリ波長にわたるHMPO IRCの観測SEDを説明できるかどうかを検証すること。
• これらの原始星の進化段階、質量、年齢、降着レートを評価し、モデル仮定の妥当性を検討すること。
• ディスクおよび包層の存在と性質を調査し、SED形状の主因としての多重性の影響を除外すること。
• 特に自由自由放射を示す源において、イオン化された降着流が最も高質量星を形成する役割を果たすかを検討すること。

提案手法

• 近赤外からミリ波長にわたるカバー範囲を拡張するため、2MASS、GLIMPSE v2.0、MSX、IRAS、および（準）ミリ波長の単独アンテナ／干渉計測定データからバンド幅広いSEDを構築した。
• 中心星、降着ディスク、平坦化された包層、および双極的くぼみを含むYSOの2次元放射平衡移動モデルに基づくオンラインSEDフィッティングツールを採用した。
• Bjorkman & Wood (2001)の放射平衡解を用いたモデルと、星質量が50 M☉まで、年齢が10³〜10⁶年までのパラメーターグリッドを用いた。
• 観測SEDをモデルグリッドにフィットさせ、星質量、半径、温度、包層およびディスクの降着レート、包層サイズなどの物理的パラメータを導出した。
• 包層降着レートと星質量との関係をべき乗則フィット（ẋenv ∝ M*²）を用いて分析した。
• ディスクの存在に対するモデル感度を評価するため、ディスクと包層の放射フラックス寄与を比較した。一般的に包層放射が支配的であることが判明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SEDフィッティングから導かれるHMPOの赤外対応体の物理的パrameter（質量、年齢、全放射出力、温度、半径）は何か？
• RQ2 包層サイズと降着レートのスケーリングに基づいて、観測SEDが球対称降着か非球対称な噴流を示すか？
• RQ3 SEDは、高質量原始星における原始星周囲ディスクの存在と性質をどの程度制約するか？
• RQ4 観測SEDは単一原始星モデルで説明可能か、それとも複数の源（異なる進化段階）が関与している必要があるか？
• RQ5 特に自由自由放射を示す源において、イオン化された降着流は高質量星形成にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 68個のIRCのSEDは、星質量が5〜42 M☉（中央値10 M☉）で、中央値年齢が10⁴年であるYSOモデルに最もよくフィットする。
• モデルは低い有効温度（1000–4000 K）と大きな有効半径（2–200 R☉）を支持しており、深く埋もれた高光度原始星に一致する。
• 平均包層サイズは約0.2–0.3 pcであり、これはPaper Iで観測された8 μmネビュラのサイズ分布と密接に一致しており、ネビュラが加熱された包層の外縁を示している可能性を示唆している。
• 包層降着レートは高く、平均で約10⁻³ M☉/yrであり、星質量と比例する関係（ẋenv ∝ M*²、指数2.0 ± 0.6）を示しており、コアスケールでの球対称降着を示している。
• 多くの源でディスクが推定され、平均質量は10⁻¹.⁴ ± ⁰.⁷ M☉であるが、SEDはしばしば支配的である包層放射のため、ディスクの存在に感度が低い。
• 平坦なSED形状の欠如は、異なる進化段階にある複数の源からの寄与が顕著でないことを示しており、SEDは最も明るい物体に支配されており、単一原始星モデルを支持する。