[論文レビュー] The Magnetic Field in the Star-forming Region Cepheus A from Water Maser Polarization Observations

W. H. T. Vlemmings, P. J. Diamond+2 more|ArXiv.org|Oct 14, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 49

ひとこと要約

本研究では、Cepheus Aの星形成領域におけるH₂OメーザーのVLBI線形および円偏光観測を用いて、磁界の強さと構造を測定し、高質量YSOであるHW2の近傍で100–500 mGの磁界を同定した。磁界圧力が力学的圧力と釣り合っている。HW2から1″（690 AU）東方に位置する新しいメーザー繊維は、噴出流と雲の磁界の間の遷移を示し、磁界の逆転を示しており、高質量星形成における噴出流の磁界制御に関する重要な知見を提供する。

ABSTRACT

We present linear and circular polarization observations of the water masers in 4 distinct regions spread over 1x2 arcseconds around the HW2 high-mass young stellar object in the Cepheus A star-forming region. We find magnetic fields between 100-500 mG in the central maser region, which has been argued to trace a circumstellar disk. The masers further from HW2 have field strengths between 30-100 mG. In all cases the magnetic field pressure is found to be similar to the dynamic pressure, indicating that the magnetic field is capable of controlling the outflow dynamics around HW2. In addition to several water maser complexes observed before, we also detect a new maser filament, ~1 arcsec (~690 AU) East of HW2, which we interpret as a shocked region between the HW2 outflow and the surrounding medium. We detect a linear polarization gradient along the filament as well as a reversal of the magnetic field direction. This is thought to mark the transition between the magnetic field associated with the outflow and that found in the surrounding molecular cloud. In addition to the magnetic field we determine several other physical properties of the maser region, including density and temperatures as well as the maser beaming angles.

研究の動機と目的

• H₂Oメーザーの偏光を用いて、高質量星形成領域Cepheus Aの密度の高い領域における磁界の強さと構造を測定すること。
• 高質量YSOであるHW2周辺の噴出流ダイナミクスに磁界が果たす役割を調査すること。
• 特に衝撃領域を特徴付ける新しいメーザー構造を同定・特徴付け、それに関連する磁界の形態を明らかにすること。
• メーザー領域における密度、温度、ビーミング角などの物理的条件を特定すること。
• 磁界圧力が噴出流環境で力学的圧力と釣り合っているという仮説を検証すること。

提案手法

• HW2源の周囲1×2アーキセonds領域をカバーする、VLBA（Very Long Baseline Array）を用いたH₂Oメーザーの線形および円偏光観測を実施した。
• 円偏光におけるゼーマン分裂を用い、関係式 $P_V = 2 imes A_{F-F'} imes B_{\text{[Gauss]}} imes \text{cos}\theta / \triangle v_L$ を用いて視線方向の磁界成分 $B_{||}$ を導出した。
• 非局所熱平衡（non-LTE）放射輸送モデルを適用し、観測されたIおよびVスペクトルにフィットさせ、$B_{||}$、熱的ライン幅 $ riangle v_{\text{th}}$、および輝度温度 $T_b \triangle\theta$ を決定した。
• Vスペクトルにおける右・左偏光フィード間の残存ゲイン誤差（通常~0.5%）を補正することで、ゼーマンフィッティングの精度を向上させた。
• 線形偏光ベクトルを用いて磁界の向きを推定し、波動の進行方向と磁界のなす角度 $ heta$ に応じて、偏光ベクトルが磁界に対して垂直または平行になるようにした。
• 磁界に対して偏光ベクトルが平行か垂直かを決定するための臨界角 $ heta_{\text{crit}} \rightarrow 55^\text{circ}$ を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Cepheus Aの高質量YSO HW2周辺の密度の高いメーザー領域における磁界の強さと空間的構造は何か？
• RQ2 中心YSOからの距離に応じて磁界強度はどのように変化するのか？また、これは噴出流領域における磁界圧力に何を示唆するか？
• RQ3 新たに検出されたメーザー繊維に観測された磁界の逆転および線形偏光勾配を引き起こす物理的過程は何か？
• RQ4 HW2周辺の噴出流環境において、磁界圧力が力学的圧力とどの程度釣り合っているか？
• RQ5 メーザー放射領域における物理的条件（密度、温度、ビーミング角）は何か？また、それらは偏光測定にどのように影響を与えるか？

主な発見

• HW2近傍の中心メーザー領域における磁界強度は100～500 mGであり、特に密度が高く円盤に沿った領域で高い値を示した。
• HW2から離れるに従い、メーザー特徴は磁界強度が30～100 mGに低下し、磁界強度が半径方向に減少していることが示された。
• すべての観測領域で磁界圧力が力学的圧力と同等であることが判明し、磁界が噴出流ダイナミクスを制御できる可能性があることが示された。
• HW2から約1″（690 AU）東方に位置する新しいメーザー繊維が検出され、噴出流と周囲の媒体の間の衝撃領域であると解釈された。
• この繊維は線形偏光勾配と磁界方向の逆転を示しており、噴出流関連磁界と周囲雲の磁界の遷移を示している。
• 磁界強度の不確実性は約15%と推定され、主に非局所熱平衡モデルによる熱的ライン幅および輝度温度の不確実性に起因する。