[論文レビュー] The Formaldehyde Masers in NGC 7538 and G29.96-0.02: VLBA, MERLIN, and VLA Observations

Ian M. Hoffman, W. M. Goss+2 more|Aug 14, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 34

ひとこと要約

本研究では、NGC 7538-IRS1およびG29.96-0.02における6 cmのホルマールド（H₂CO）メーザーの高分解能VLBA、MERLIN、VLA観測を行い、0.1角秒未塔のスケールでその角サイズを解像し、最大で約10⁸ Kの輝度温度を測定した。主な結果として、NGC 7538における強いドップラー速度勾配と、長期間にわたる強度変動の証拠が得られ、銀河的H₂COメーザーの未解明な励起機構に重要な制約が与えられた。

ABSTRACT

The 6 cm formaldehyde (H2CO) maser sources in the compact HII regions NGC 7538-IRS1 and G29.96-0.02 have been imaged at high resolution (beams < 50 mas). Using the VLBA and MERLIN, we find the angular sizes of the NGC 7538 masers to be ~10 mas (30 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^8 K. The angular sizes of the G29.96-0.02 masers are ~20 mas (130 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^7 K. Using the VLA, we detect 2 cm formaldehyde absorption from the maser regions. We detect no emission in the 2 cm line, indicating the lack of a 2 cm maser and placing limits on the 6 cm excitation process. We find that both NGC 7538 maser components show an increase in intensity on 5-10 year timescales while the G29.96-0.02 masers show no variability over 2 years. A search for polarization provides 3-sigma upper limits of 1% circularly polarized and 10% linearly polarized emission in NGC 7538 and of 15% circularly polarized emission in G29.96-0.02. A pronounced velocity gradient of 28 km/s/arcsecond (1900 km/s/pc) is detected in the NGC 7538 maser gas.

研究の動機と目的

• 高角分解能干渉計を用いて、NGC 7538-IRS1およびG29.96-0.02における6 cmのホルマールドメーザーの空間的構造を解明すること。
• メーザー成分の輝度温度と角サイズを測定し、その物理的状態を制約すること。
• 数年から数十年のスケールでマスター強度に長期的な変動があるかを調査すること。
• 偏光を検出することで、磁場および放射の幾何構造を調べること。
• 2 cmのホルマールド吸収を検出するとともに、2 cmメーザーの存在を確認し、励起過程を制約すること。

提案手法

• 6 cm帯でVLBAおよびMERLINを用いた高分解能干渉計観測により、NGC 7538およびG29.96-0.02のH₂COメーザーを、Beamサイズが50 mas未塔の解像度で画像化した。
• VLAをCnBおよびB配置で2 cmおよび6 cm帯で観測し、拡張構造への感度を確保した。
• 輝度温度は、ピーク輝度密度とBeamサイズを用い、レイリー＝ジーンズ近似により計算した。
• 可視度からスペクトル線プロファイルを抽出し、径方向速度、ライン幅、時間経過に伴う強度変化を測定した。
• 偏光パラメータ（ストークスQ、U、V）を測定し、線形および円偏光の上限値を決定した。
• 2 cmおよび6 cmのラインプロファイルから吸収光学厚さを導出し、核密度と励起条件を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 7538-IRS1およびG29.96-0.02におけるH₂COメーザーの固有の角サイズと輝度温度は何か？
• RQ2 5〜10年スケールでメーザー強度に長期的な変動があるか？
• RQ3 メーザー放射ガス内における速度構造と勾配、特にNGC 7538におけるものとは何か？
• RQ4 メーザー放射に線形または円偏光が検出可能か？
• RQ5 2 cm H₂COメーザー放射の証拠はあるか？その欠如は励起機構に何を示唆するか？

主な発見

• NGC 7538のH₂COメーザーは、全波幅半値（FWHM）角サイズが約10 mas（30 AU）で、輝度温度は約1.6 × 10⁸ Kであった。
• G29.96-0.02のメーザーは、FWHMサイズが約20 mas（130 AU）で、輝度温度は約9.2 × 10⁶ Kであった。
• NGC 7538のメーザーガスでは、28 km s⁻¹ arcsecond⁻¹（1900 km s⁻¹ pc⁻¹）の顕著な速度勾配が検出され、大規模な運動または吹き出しを示唆した。
• NGC 7538の成分Iは3年間で強度が2倍に増加しており、全体的な傾向として5〜10年間で強度上昇が見られた。
• 顕著な偏光は検出されず、3σ上限はNGC 7538で円偏光が1%、線形偏光が10%、G29.96-0.02で円偏光が15%であった。
• 両源で2 cmホルマールド吸収が検出されたが、2 cmメーザー放射は検出されず、励起過程に強い制約が得られた。