[論文レビュー] The Circumstellar Environment of High-Mass Protostellar Objects: IV. C17O Observations and Depletion

H. Thomas, G. A. Fuller|ArXiv.org|Dec 10, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 31被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、84個の候補源を対象としたC17OおよびC18O J=2→1観測を用いて、高質量原始星におけるCO凍結の有無を調査した。C17Oの豊度には広範なばらつきが認められ、これがほだんや温度の変化によるものではないことから、源ごとのCO凍結の違いが示唆される。CS線幅が狭い源ではC17Oの豊度が高く、これは2–4×10⁵年間にわたり冷たく密度の高い環境が続くことでCO凍結が進行する進化的段階と関連していることを示唆している。

ABSTRACT

We observe 84 candidate young high-mass sources in the rare isotopologues C17O and C18O to investigate whether there is evidence for depletion (freeze-out) towards these objects. Observations of the J=2-1 transitions of C18O and C17O are used to derive the column densities of gas towards the sources and these are compared with those derived from submillimetre continuum observations. The derived fractional abundance suggests that the CO species show a range of degrees of depletion towards the objects. We then use the radiative transfer code RATRAN to model a selection of the sources to confirm that the spread of abundances is not a result of assumptions made when calculating the column densities. We find a range of abundances of C17O that cannot be accounted for by global variations in either the temperature or dust properties and so must reflect source to source variations. The most likely explanation is that different sources show different degrees of depletion of the CO. Comparison of the C17O linewidths of our sources with those of CS presented by other authors reveal a division of the sources into two groups. Sources with a CS linewidth >3 km/s have low abundances of C17O while sources with narrower CS lines have typically higher C17O abundances. We suggest that this represents an evolutionary trend. Depletion towards these objects shows that the gas remains cold and dense for long enough for the trace species to deplete. The range of depletion measured suggests that these objects have lifetimes of 2-4x10^5 years.

研究の動機と目的

• 低質量原始星で観測されているのと同様に、高質量原始星でもCO凍結が起こるかどうかを調査すること。
• ガス相における豊度のプローブとして、希少な同素体C17OおよびC18Oを用いて、CO凍結の程度と分布を特定すること。
• 観測された豊度のばらつきが、温度やダストの性質といった物理的条件に起因するのか、それとも源ごとの固有の凍結差異に起因するのかを評価すること。
• C17Oの豊度とCS線幅を源の年齢や進化段階と関連付けることで、高質量原始星の進化状態を明らかにすること。

提案手法

• C17OおよびC18OのJ=2→1遷移の観測は、JCMTでRxA3およびRxB3受信器を用い、DAS自己相関器を用いた位置スイッチングモードで実施した。
• 主ビーム温度は、主ビーム効率補正（220 GHzでηmb = 0.69、337 GHzでηmb = 0.63）を用いて、電波望遠鏡温度から導出した。
• C17Oの核密度は、積分電波温度を仮定して、光学的薄さを前提とし、既知の同位体比を用いて計算した。
• サブミリ波長連続スペクトルデータ（WFS04）を用いてダスト核密度を推定し、ガス対ダスト質量比を比較のために導出した。
• C17Oの分圧は、C17O核密度とH₂核密度の比として計算した。H₂はダスト連続スペクトルから推定した。
• 一部の源に対してRATRANを用いた放射線輸送モデリングを実施し、豊度のばらつきがモデリングの仮定に起因するものではないことを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低質量原始星と同様に、高質量原始星でもC17Oの豊度が低下することで、CO凍結が見られるか？

主な発見

• C17Oの分圧には広範なばらつきが認められ、H₂に対する相対的値は約10⁻⁹から約10⁻⁸の範囲に分布しており、一部の源では顕著なCO凍結が示唆された。
• 観測された豊度のばらつきは、ダスト温度や透過率のグローバルな変動では説明できないため、源ごとの凍結レベルに固有の差異があることを示している。
• CS線幅が3 km s⁻¹を超える源ではC17Oの豊度が低く、線幅が狭い源（3 km s⁻¹未満）ではC17Oの豊度が高いことから、進化段階と相関があることが示唆された。
• 観測された傾向は、初期段階で動的かつ活発な状態（線幅が広い）が続き、その後に冷たく密度の高い状態（線幅が狭い）に移行することで、CO凍結が長期間にわたり進行する進化的段階を示している。
• 推定される凍結時間スケールは2–4×10⁵年であり、冷たく密度の高い核でCOが凍結するのに必要な期間と整合的である。
• RATRANを用いたモデリングにより、観測された豊度のばらつきが物理的に現実のものであり、核密度の導出やビームフィリング仮定に起因するアーチファクトではないことが確認された。