[論文レビュー] The HIFI spectral survey of AFGL 2591 (CHESS). II. Summary of the survey

M. Kaźmierczak-Barthel, van der Floris Tak+4 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 39被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、ハーシェル/HIFI機器を用いた高質量星形成領域AFGL 2591における広範なミリ波・サブミリ波分光調査を報告し、32種類の分子種からなる268本の放出線および16本の吸収線を検出した。分析により、分子の総数密度は6×10¹¹～1×10¹⁹ cm⁻²、励起温度は19 K～175 Kの範囲を示し、原始星包みのなかで寒冷（例：HCN、H₂S）および温暖（例：CH₃OH、SO₂）な分子種を区別した。

ABSTRACT

This paper presents the richness of submillimeter spectral features in the high-mass star forming region AFGL 2591. As part of the CHESS (Chemical Herschel Survey of Star Forming Regions) Key Programme, AFGL 2591 was observed by the Herschel/HIFI instrument. The spectral survey covered a frequency range from 480 up to 1240 GHz as well as single lines from 1267 to 1901 GHz (i.e. CO, HCl, NH3, OH and [CII]). Rotational and population diagram methods were used to calculate column densities, excitation temperatures and the emission extents of the observed molecules associated with AFGL 2591. The analysis was supplemented with several lines from ground-based JCMT spectra. From the HIFI spectral survey analysis a total of 32 species were identified (including isotopologues). In spite of the fact that lines are mostly quite week, 268 emission and 16 absorption lines were found (excluding blends). Molecular column densities range from 6e11 to 1e19 cm-2 and excitation temperatures range from 19 to 175 K. One can distinguish cold (e.g. HCN, H2S, NH3 with temperatures below 70 K) and warm species (e.g. CH3OH, SO2) in the protostellar envelope.

研究の動機と目的

• 高質量星形成領域AFGL 2591における豊富なサブミリ波分光線インventryを特徴づけること。
• 回転および分布図法を用いて、観測された線強度から分子の総数密度、励起温度、および放出範囲を決定すること。
• 放出線および吸収線（前方雲および噴出流成分の寄与を含む）を特定・分析すること。
• 分布図法が原始星環境における分光調査に適用する際の信頼性と限界を評価すること。
• 過去の観測結果および地上望遠鏡JCMTデータと比較し、分子濃度推定値を精緻化すること。

提案手法

• 480–1240 GHzの周波数範囲および最大1901 GHzまでの選択線を含む、AFGL 2591における高分解能分光調査をハーシェル/HIFI機器を用いて実施した。
• 観測された線強度から分子の総数密度および励起温度を導出するために、回転図法および分布図法を適用した。
• 主に重要な分子種の励起解析を補完するために地上望遠鏡JCMTのスペクトルを用い、導出された物理パラメータの精度を向上させた。
• 実験室および理論的データと照合することで、分子線を特定した。これには同素体および希少種も含まれる。
• 線プロファイルの形態に基づいて、原始星包み、噴出流リブ、前方雲からの放出成分を区別した。
• 特に励起勾配を示す種類（例：HCO⁺、HCN、CS、SO）に対して、分布図法の限界を評価し、今後の放射線輸送モデリングの必要性を示唆した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AFGL 2591のサブミリ波スペクトルに検出された分子種の完全なインventryは何か？
• RQ2 検出された分子の総数密度および励起温度は何か？ また、異なる分子種間でどのように変動するか？
• RQ3 観測された線プロファイル（放出、吸収）は、包み、噴出流、前方雲といった異なる物理的成分とどのように関係しているか？
• RQ4 分布図法の結果は、過去の研究とどの程度一致するか？ また、複雑な環境におけるこの手法の限界は何か？
• RQ5 どのような複雑な有機分子が存在するか？ それらの励起温度は、空間的分布および生成条件について何を示唆しているか？

主な発見

• HIFI分光調査において、同素体を含む合計32種類の分子種が同定された。
• 調査では268本の放出線および16本の吸収線（ブレンドを除く）が検出されたが、大多数の線は弱い（積分輝度温度×ドップラー幅 ≒ 数K km s⁻¹）。
• 分子の総数密度は6×10¹¹ cm⁻²～1×10¹⁹ cm⁻²の広い範囲を示し、励起温度は19 K～175 Kの間で変動した。
• HCN、H₂S、NH₃などの寒冷分子種は70 K未満の励起温度を示したのに対し、CH₃OH や SO₂ などの温暖分子種は最大175 Kの温度を示した。
• CH₃OHの総数密度は1.5×10¹⁷ cm⁻²、励起温度は108 Kと推定され、包みに温暖成分が存在することを示唆した。
• 分布図法は有効であったが、HCO⁺、HCN、CS、SO などの種で励起勾配が認められ、今後の研究においてより高度な放射線輸送モデリングの必要性が示された。