[論文レビュー] The structure of the NGC1333-IRAS2 protostellar system on 500 AU scales: an infalling envelope, a circumstellar disk, multiple outflows, and chemistry

J. K. Jørgensen, M. R. Hogerheijde+3 more|ArXiv.org|Oct 4, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 38

ひとこと要約

本研究では、500 AUスケールのミリ波干渉計測定を用いてNGC 1333-IRAS2原始星系の構造を解明し、収縮するガス包層、質量 ≥0.3 M☉ の原始惑星系円盤、および複数の垂直方向の噴流を確認した。また、サブミリ波長連続スペクトルのモデリングが、高分解能ラインおよび連続スペクトルデータを解釈するための頑健なフレームワークを提供することを示し、原始星環境における熱処理と関連した化学的分離を明らかにした。

ABSTRACT

This paper investigates small-scale structures of dense gas and dust around the low-mass protostellar binary NGC1333-IRAS2 using millimeter-wavelength aperture-synthesis observations from the OVRO and BIMA interferometers. The detected 3 mm continuum emission is consistent with models of the envelope around IRAS2A, based on previously reported submillimeter continuum images, down to the 3", or 500 AU, resolution of the interferometer data. Our data constrain the contribution of an unresolved point source to 22 mJy. Within the accuracy of the parameters describing the envelope model, the point source flux has an uncertainty by up to 25%. We interpret this point source as a cold disk of mass \gtrsim 0.3 M_\odot. The same envelope model also reproduces aperture-synthesis line observations of the optically thin isotopic species C34S and H13CO+. The more optically thick main isotope lines show a variety of components in the protostellar environment: N2H+ is closely correlated with dust concentrations as seen at submillimeter wavelengths and is particularly strong toward the starless core IRAS2C. We hypothesize that N2H+ is destroyed through reactions with CO that is released from icy grains near the protostellar sources IRAS2A and B. CS, HCO+, and HCN have complex line shapes apparently affected by both outflow and infall. In addition to the east-west jet from IRAS2A, a north-south velocity gradient near this source indicates a second, perpendicular outflow. This suggests the presence of a binary companion within 0.3" (65 AU) from IRAS2A as driving source of this outflow. Alternative explanations of the velocity gradient such as rotation in a circumstellar envelope or a single, wide-angle outflow are less likely.

研究の動機と目的

• ミリ波長干渉計測定を用いてNGC 1333-IRAS2原始星系の小スケール（500 AU）構造を解明すること。
• サブミリ波長連続スペクトル画像から導かれた包層モデルが、高分解能連続スペクトルおよびラインデータを説明できるかどうかを検証すること。
• 低質量原始星連星系における原始惑星系円盤、噴流、化学的分離を特定・特徴付けること。
• 分子ライン発光と熱処理およびCOの脱着を結びつけることで、物質の物理的・化学的進化を特定すること。

提案手法

• オワイエンズ・バレーおよびBIMA干渉計を用いて3 mm波長の開口合成観測を実施し、連続スペクトルおよびライン発光をマッピングした。
• Paper Iで得られたSCUBAサブミリ波長連続スペクトルデータの放射線輸送モデリングを用いて包層構造を定義した。密度プロファイルをρ ∝ r⁻ᵖ（p = 1.8）のべき乗則と仮定した。
• 包層モデルを3 mm連続スペクトル発光の解釈に適用し、未分解の点源発光を原始惑星系円盤として分離した。
• 光学的に薄い種（H¹³CO⁺、C³⁴S）のライン発光をモデリングし、包層モデルとの整合性を検証した。
• 光学的に厚い種（CS、HCO⁺、HCN、N₂H⁺）の複雑なラインプロファイルを分析し、降着、噴流、化学的効果の寄与を特定した。
• 速度勾配の背後にある説明（回転、1本の広角噴流、連星駆動噴流）を検討し、形状および運動学的特徴に基づいて連星起源を支持する結論に至った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリ波長連続スペクトル画像から導かれた包層モデルは、NGC 1333-IRAS2の500 AUスケール構造を正確に記述できるか？
• RQ2 IRAS2Aに関連する未分解の3 mm連続スペクトル点源の性質と質量は何か？
• RQ3 CS、HCO⁺、HCN発光における観測された速度勾配とラインプロファイルの複雑さの原因は何か？
• RQ4 なぜN₂H⁺発光は星形成前のコアであるIRAS2Cでは強く、IRAS2AおよびIRAS2Bの近傍では抑制されているのか？
• RQ5 観測された化学的特徴は、原始星からの加熱によって氷被膜からCOが脱着することによって説明できるか？

主な発見

• IRAS2A周辺の3 mm連続スペクトル発光は、外挿された包層モデルと整合的であり、22 mJyの未分解点源として解釈された。この点源は質量 ≥0.3 M☉ の原始惑星系円盤であるとされた。
• 光学的に薄いライン発光（H¹³CO⁺およびC³⁴S）は包層モデルと一致しており、ガスの大部分が収縮する包層構造によってよく記述されていることを確認した。
• 南北方向の速度勾配と東西方向のジェットは、IRAS2Aから65 AU以内に存在する連星系を示しており、垂直方向の噴流は連星によって駆動されている可能性が高い。
• N₂H⁺発光は冷たく星形成前のコアであるIRAS2Cで最も強く、IRAS2AおよびIRAS2Bの近傍では抑制されている。これは、温暖な領域で氷被膜からCOが放出されることにより破壊されている可能性を示唆している。
• CS、HCO⁺、HCN発光は、噴流および降着成分が支配的であり、システム的発光は大規模な物質に覆われている。
• 包層モデルは観測された発光をうまく説明できており、埋め込まれた原始星系における干渉計測定データの解釈のベースラインとしての有効性を示した。