[論文レビュー] The Circumstellar Environments of High-Mass Protostellar Objects I: Submillimetre Continuum Emission

S. J. Williams, G. A. Fuller+1 more|ArXiv.org|Jan 30, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用数 69

ひとこと要約

本研究は、68個の高質量原始星候補に対して850および450 μmの準ミリ波長連続放射をマッピングし、コン pact な対称的構造や糸状構造を含む多様な形態を明らかにした。主な発見は、密度の高い内部領域における粒子成長を示す平均チリスペクトル指数β = 0.9であり、クラウド質量は1–1000 M⊙の範囲にあり、同伴天体の検出率は65%に達し、高質量星がクラスタ環境で形成され、顕著なエンvelopeのべき乗則構造を示していることが示唆された。

ABSTRACT

We present maps of the 850 micron and 450 micron continuum emission seen towards a sample of 68 high-mass protostellar candidates with luminosities ranging from 10^2.5 to 10^5 solar luminosity. Most of these candidate high-mass stars are in the earliest stages of evolution, and have not yet developed an ultra-compact HII region. We observe a variety of continuum emission morphologies, from compact symmetric sources through to multiple cores embedded in long filaments of emission. We find on average there is a 65% probability of an IRAS point-source having a companion detection at submillimetre wavelengths. The ratio of integrated flux to peak flux for our detections shows no strong dependence on distance, suggesting the emission we have observed is primarily from scale-free envelopes with power-law density structures. Assuming a near kinematic distance projection, the clumps we detect vary in mass from ~1 to over 1000 solar mass, with a mean clump mass of 330 solar mass, column density of 9x10^23 cm^-2 and diameter of ~0.6 pc. The high luminosity and low mass of the smallest clumps suggests they are accompanied by a minimal number of stellar companions, while the most massive clumps may be examples of young protogroups and protoclusters. We measure the spectral index of the dust emission (alpha) and the spectral index of the dust grain opacity (beta) towards each object, finding clumps with morphologies suggestive of strong temperature gradients, and of grain growth in their dense inner regions. We find a mean value for beta of 0.9, significantly smaller than observed towards UCHII regions.

研究の動機と目的

• 超小形HII領域形成以前の高質量原始星の周囲環境を特徴づけること。
• 初期段階の高質量原始星物質（HMPO）からの準ミリ波長連続放射を特定・マッピングすること。
• 質量、密度、チリ吸収率といったクラウドの物理的性質を特定し、高質量星形成メカニズムを理解すること。
• クラウドの空間的分布と多重性を調査し、高質量星が単独で形成されるのか、それともクラスタで形成されるのかを評価すること。
• 温度勾配と粒子成長を調査するため、スペクトル指数αとβを測定すること。

提案手法

• ジェームズ・クリーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）を用いた850 μmおよび450 μmの準ミリ波長連続放射画像化。
• 赤外宇宙望遠鏡（IRAS）およびMSX点源カタログを用い、色の基準を適用して高光度でチリに包まれた原始星を特定。
• 銀河の回転を仮定し、近似運動距離投影法を用いて距離を推定。
• 放射度積分とチリ吸収率モデルを用い、光学的に厚い放射を仮定してクラウド質量と面密度を導出。
• 850 μmと450 μmの放射度比からスペクトル指数αを計算し、温度構造を推定。
• 灰色本体放射を仮定して準ミリ波長スペクトルエネルギー分布のフィッティングからチリ吸収率スペクトル指数βを導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超小形HII領域形成以前の高質量原始星周囲における準ミリ波長連続放射の形態的構造は何か？
• RQ2 高質量原始星をとりまくクラウドの典型的な質量、サイズ、面密度は何か？
• RQ3 チリ放射のスペクトル指数αは、周囲エンvelope内の温度勾配とどのように関係するか？
• RQ4 チリ吸収率スペクトル指数βの値は何か？ そして、これは密度の高い領域における粒子成長をどのように示唆するか？
• RQ5 高質量原始星のうち、同伴クラウドを有する割合はどれくらいか？ その空間的分布はいかなるものか？

主な発見

• 平均チリ吸収率スペクトル指数βは0.9 ± 0.4であり、典型的なUCHII領域と比べ顕著に低く、密度の高い内部クラウド領域における粒子成長を示唆している。
• ピーク準ミリ波長放射度におけるスペクトル指数αは2.6 ± 0.4であり、温度勾配や内部加熱を示唆する形態的特徴がある。
• クラウド質量は約1 M⊙から1000 M⊙以上にわたり、平均は330 M⊙、平均距離4 kpcにおける典型的な直径は約0.6 pcである。
• 投影同伴クラウド分布はN_proj(r) ∝ r^−1.7に従い、体積密度N_vol(r) ∝ r^−0.75に相当し、約0.4 pcの距離でピークを示す。
• IRAS点源の65%が準ミリ波長同伴を有しており、高質量原始星が一般的にクラスタ環境で形成されることを示唆している。
• 100 M⊙以上のクラウド質量関数は星形成初期質量関数に類似しており、原始クラスタ形成における質量不変効率を示唆している。