[論文レビュー] The chemical nature of Orion protostars: Are ORANGES different from PEACHES? ORANGES II

Mathilde Bouvier, C. Ceccarelli+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 53被引用数 20

ひとこと要約

本研究は、オリオンのOMC-2/3フィラメントに位置する19個の太陽質量の原始星の化学的性質をALMAを用いて調査し、高温コリノを示す温かいメタノール線を tracer として焦点を当てた。高温コリノの検出率は26%（5/19）であり、これは、より照らされていないペルセウス星間分子雲（PEACHES調査）で得られた56%の検出率よりも顕著に低い。これは、特に高いUV放射が存在する照らされた領域では、高温コリノの形成が抑制される可能性を示唆している。

ABSTRACT

Understanding the chemical past of our Sun and how life appeared on Earth is no mean feat. The best strategy we can adopt is to study newborn stars located in an environment similar to the one in which our Sun was born and assess their chemical content. In particular, hot corinos are prime targets since recent studies showed correlations between interstellar Complex Organic Molecules (iCOMs) abundances from hot corinos and comets. The ORion ALMA New GEneration Survey (ORANGES) aims to assess the number of hot corinos in the closest and best analogue to our Sun's birth environment, the OMC-2/3 filament. In this context, we investigated the chemical nature of 19 solar-mass protostars and found that 26\% of our sample sources shows warm methanol emission indicative of hot corinos. Compared to the Perseus low-mass star-forming region, where the PErseus ALMA CHEmistry Survey (PEACHES) detected $\sim 60$\% of hot corinos, the latter seem to be relatively scarce in the OMC-2/3 filament. While this suggests that the chemical nature of protostars in Orion and Perseus is different, improved statistics are needed in order to consolidate this result. If the two regions are truly different, this would indicate that the environment is likely playing a role in shaping the chemical composition of protostars.

研究の動機と目的

• OMC-2/3フィラメントにおける高温コリノの広がりを評価すること。これは太陽の出生環境に近い類縁環境である。
• オリオン（照らされた領域）の太陽質量原始星とペルセウス（照らされていない領域）の原始星の化学的成分を、一貫した観測設定を用いて比較すること。
• UV放射などの環境要因が高温コリノおよび宇宙空間に存在する複雑有機分子（iCOMs）の形成に与える影響を特定すること。
• 高温コリノ—生命前駆体化学にとって重要な存在—が、大質量星形成領域では低質量領域よりも一般的でない可能性を検証すること。

提案手法

• OMC-2/3フィラメントに位置する19個の太陽質量原始星を、高分解能（0.25′′）のALMAバンド6で観測した。
• 243.88–243.97 GHzおよび261.77–261.88 GHzのメタノール（CH3OH）線を標的とし、狭帯域および広帯域のスペクトル窓を用いた。
• 非局所熱平衡（non-LTE）の大型速度勾配（LVG）解析を実施し、発光領域の物理的状態（温度、密度、サイズ）を導出した。
• バイアスを避けるために、PEACHES調査と同一のブラインドサーチ戦略を採用し、他の研究での事前検出結果を除外した。
• ORANGESおよびPEACHESの両調査で感度および空間分解能を一貫させ、直接比較を可能にした。
• 標準的なALMAの校正手順を用い、フラックスおよび位相校正器を用いて校正を行い、フラックス校正誤差は10%未満、位相rmsは60°未満を達成した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OMC-2/3フィラメントにおける高温コリノの検出率は、ペルセウス星間分子雲よりも顕著に低いのであろうか？
• RQ2 OMC-2/3フィラメントにおける高いUV放射が、高温コリノおよびiCOMの形成を抑制するのであろうか？
• RQ3 雲の遮蔽性や大質量星からの距離といった環境的要因が、原始星の化学的差異を説明できるのであろうか？
• RQ4 ほどの光学的厚さおよび源の多重性が、高感度ALMA調査における高温コリノ検出にどの程度影響を及えるのであろうか？
• RQ5 オリオンの原始星の化学的成分はペルセウスのものと根本的に異なっており、化学的進化の経路が異なるのだろうか？

主な発見

• OMC-2/3フィラメントの19個の原始星のうち5個が温かいメタノール線を示し、本物の高温コリノの存在を示している。検出率は26%（23%の不確実性を伴う）。
• 検出された高温コリノは、コンact（39–236 auの直径）、高密度（nH2 ≥ 3×10^6 cm⁻³）、および温暖（T ≥ 85 K）であり、標準的な高温コリノの特徴と一致している。
• OMC-2/3における高温コリノの検出率（26%）は、PEACHES調査で得られたペルセウス星間分子雲の56%の検出率よりも顕著に低い。
• 検出率の差異は、特にOMC-2/3における高いUV放射が、高温コリノの形成または生存を抑制する可能性を示唆している。
• 本研究では、照らされた領域（OMC-2/3）と遮蔽され、低質量星形成領域（ペルセウス）との間で原始星の化学的性質に差異があるという懸念材料の証拠を示しており、環境が化学的進化に重要な役割を果たしている可能性を示している。
• Hsuら（2022）は、後にOMC-2/3で3つの追加の高温コリノを検出しているが、ORANGES調査のブラインドアプローチと一貫性のある手法が、高温コリノがこの領域ではペルセウスよりも少ないという結論を裏付けている。