[論文レビュー] The ALMA view of the protostellar system HH212 - The wind, the cavity, and the disk

C. Codella, S. Cabrit+9 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 25被引用数 45

ひとこと要約

ALMAのBand 7における高分解能・高感度観測を用いて、本研究ではHH212プロトスターの周囲に約90 AUの半径のコンactな回転円盤が同定された。この円盤はおそらくケプラーラン的であり、中心に0.3±0.1 M☉の質量を持つと推定される。観測データは同時に、高速なSiOジェット、流出空洞を満たす広角のC34Sフロー、および収縮過程における磁場軸と角運動量軸のずれを示唆するねじれた構造を同時に捉えており、クラス0プロトスターにおける円盤風活動と大規模な円盤形成の強力な証拠を提供する。

ABSTRACT

Context: Because it is viewed simply edge-on, the HH212 protostellar system is an ideal laboratory for studying the interplay of infall, outflow, and rotation in the earliest stages of low-mass star formation. Aims: We wish to exploit the unmatched combination of high angular resolution, high sensitivity, high-imaging fidelity, and spectral coverage provided by ALMA to shed light on the complex kinematics of the innermost central regions of HH212. Methods: We mapped the inner 10" (4500 AU) of the HH212 system at about 0.5 arcsec resolution in several molecular tracers and in the 850 $μ$m dust continuum using the ALMA interferometer in band 7 in the extended configuration of the Early Science Cycle 0 operations. Results: Within a single ALMA spectral set-up, we simultaneously identify all the crucial ingredients known to be involved in the star formation recipe namely: (i) the fast, collimated bipolar SiO jet driven by the protostar, (ii) the large-scale swept-up CO outflow, (iii) the flattened rotating and infalling envelope, with bipolar cavities carved by the outflow (in C$^{17}$O(3--2)), and (iv) a rotating wide-angle flow that fills the cavities and surrounding the axial jet (in C$^{34}$S(7--6)). In addition, the compact high-velocity C$^{17}$O emission ($\pm$ 1.9--3.5 km s$^{-1}$ from systemic) shows a velocity gradient along the equatorial plane consistent with a rotating disk of about 0.2 arcsec = 90 AU around a $\simeq 0.3 \pm 0.1 M_{ m \odot}$ source. The rotating disk is possibly Keplerian. Conclusions: HH212 is the third Class 0 protostar with possible signatures of a Keplerian disk of radius $\geq 30 AU$. The warped geometry in our CS data suggests that this large keplerian disk might result from misaligned magnetic and rotation axes during the collapse phase. The wide-angle CS flow suggests that disk winds may be present in this source.

研究の動機と目的

• 高分解能ALMAデータを用いて、低質量星形成の最初期段階における降下、流出、回転の相互作用を調査すること。
• HH212プロトスターラー系にケプラーラン的円盤が存在するかを特定し、その運動学的構造を特徴づけること。
• C34S線放出で観測されたねじれた空洞構造の原因を探索し、磁場と角運動量軸のずれがもたらす意味を明らかにすること。
• C34Sで追跡される広角フローを通じて、円盤風の存在を同定・特徴づけること。
• クラス0源における磁気的ブレーキとずれたB-Ω配置の理論的モデルが、観測結果と整合するかを検証すること。

提案手法

• ALMA Band 7観測を拡張配置で実施し、HH212の周囲10 arcsec領域で約0.5 arcsecの分解能（110 AU）を達成した。
• 複数のトレーサーを用いたスペクトル線マッピング：C17O(3–2)、SiO(8–7)、C34S(7–6)、および850 µmでのダスト連続放射。
• UV平面フィッティングを用いて、C17O放出の各速度チャンネルにおける重心位置と速度を特定し、運動学的構造を推定した。
• ケプラーラン的回転曲線をモデル化し、等方的平面に沿った観測された速度勾配と比較することで、円盤の運動学的特性を評価した。
• C34S放出の形態的およびスペクトル的解析により、広角的で回転するフローに相当する、ネストされたオニオン状の速度構造が明らかになった。
• 速度と空間的形態に基づいて、包層の降下、空洞の壁、円盤成分を区別するためのデータ解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HH212クラス0プロトスターに半径≥30 AUのケプラーラン的円盤が存在するか。その質量および運動学的構造は何か？
• RQ2 C34S放出で観測されたS字型のねじれ構造の原因は何か。磁場軸と角運動量軸のずれを示唆するものか？
• RQ3 HH212に円盤風活動の証拠があるか。観測された広角C34Sフローとどのように関係しているか？
• RQ4 C17O(3–2)線の運動学的特性は、回転する包層、空洞の壁、等方的円盤成分をどのようにトレースするか？
• RQ5 HH212で観測された構造は、磁気的ブレーキの下での円盤形成理論的モデルをどれほど支持または挑戦するか？

主な発見

• C17O(3–2)の高スペクトル速度放出において、半径約0.2 arcsec（約90 AU）のコンパクトで回転する円盤が同定された。速度勾配は、0.3±0.1 M☉のプロトスターの周囲でのケプラーラン的回転と整合的である。
• C34S(7–6)線は、流出空洞を満たす広角的で回転するフローをトレースしており、原子的なジェットに類似したネストされたオニオン状の速度構造を示している。
• C34S放出におけるS字型のねじれは、プロトスター収縮過程における磁場と角運動量のベクトルのずれの痕跡と解釈され、大規模な円盤形成のメカニズムを説明する可能性を示している。
• SiO(8–7)線は、幅約100 AUの高速でコリメートされた双極的ジェットを明らかにした。これはMHDコリメーション過程と整合的である。
• C17O(3–2)放出には、システム的速度付近の降下、低速度シフトの空洞の壁、高スペクトル速度シフトの回転円盤成分という3つの運動学的成分が観測された。
• ダスト連続放射放出はジェットに垂直な方向に平坦化しており、円盤様構造の存在を支持するが、以前のALMAデータでは最大半径が約0.3 AUに制限されている。