[論文レビュー] Toward Resolving the Outflow Engine: An Observational Perspective

T. P. Ray, C. Dougados+3 more|arXiv (Cornell University)|May 23, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、若年星のジェット発生領域を解明するための観測的進展をレビューしており、特に古典的T Tauri星を対象として、適応光学、HST画像、分光的アストロメトリーなどの高分解能技術を用いたものである。ジェットは、数AUスケールで回転とコリメーションが直接検出され、温かい磁気駆動中心力のディスク風として発生することが強く示唆されており、降着ディスク駆動ジェットモデルに対する重要な制約を与える。

ABSTRACT

Jets from young stars represent one of the most striking signposts of star formation. The phenomenon has been researched for over two decades and there is now general agreement that such jets are generated as a by-product of accretion; most likely by the accretion disk itself. Thus they mimic what occurs in more exotic objects such as active galactic nuclei and micro-quasars. The precise mechanism for their production however remains a mystery. To a large degree, progress is hampered observationally by the embedded nature of many jet sources as well as a lack of spatial resolution: Crude estimates, as well as more sophisticated models, nevertheless suggest that jets are accelerated and focused on scales of a few AU at most. It is only in the past few years however that we have begun to probe such scales in detail using classical T Tauri stars as touchstones. Application of adaptive optics, data provided by the HST, use of specialised techniques such as spectro-astrometry, and the development of spectral diagnostic tools, are beginning to reveal conditions in the jet launch zone. This has helped enormously to constrain models. Further improvements in the quality of the observational data are expected when the new generation of interferometers come on-line. Here we review some of the most dramatic findings in this area since Protostars and Planets~IV including indications for jet rotation, i.e. that they transport angular momentum. We will also show how measurements, such as those of width and the velocity field close to the source, suggest jets are initially launched as warm magneto-centrifugal disk winds. (abridged)

研究の動機と目的

• 中心源から数AU以内の領域における、若年星（YSO）のジェット発生に寄与する物理的状態およびメカニズムを調査すること。
• 原始星が埋もれていることや、従来の研究で空間分解能が限られていたことから、長年の謎であったジェットの加速およびコリメーションのメカニズムを解明すること。
• 高分解能観測によるジェット基部の形態的および運動的データを分析することで、Xウィンドモデル（磁気圏境界で発生）とディスクウィンドモデル（ディスク全域で発生）の両者を検証すること。
• 直接画像化が不可能な低質量星および褐色矮星の中心エンジンをプローブする分光的アストロメトリーの有効性を示すこと。
• 次世代の干渉計（VLTI、LBTI、ALMA、e-MERLIN）がミリアーセコンドスケールでジェットエンジンを解像する上で与える影響を予測すること。

提案手法

• 地上望遠鏡に搭載された適応光学（AO）システム（例：CFHTのPUEO）を用いて、[OI] λ6300線の狭帯域画像で、0.1"（14 AU）程度のサブアーセコンド分解能を達成すること。
• 中分解能分光法（長スリット、ファブリペロ、積分場ユニット）を応用し、流出からのライン発光と中心YSOからの連続スペクトルを分離することで、源近傍の運動学的マッピングを可能にすること。
• 分光的アストロメトリーを用いて、サブAUスケールで視線方向のフラックスシフトの差を検出することで、ジェット基部における速度勾配および回転を明らかにすること。
• ハッブル宇宙望遠鏡（HST）およびSTISを用いた高分解能画像法により、中心星から100 AU以内のジェットの形態および速度場を調査すること。
• AMBER（VLTI）およびLBT干渉計の将来のデータを想定し、干渉計の(u,v)平面上のカバレッジおよびクロージャー位相データをモデル化することで、解像度が低い発光を解釈し、構造を推定すること。
• EVLA、e-MERLIN、ALMAからの電波およびミリ波・サブミリ波干渉計データを分析し、弱い自由自由吸収および非熱的発光を検出し、偏光およびメーザー運動論を用いて磁場を研究すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年星におけるジェットの加速およびコリメーションを引き起こす物理的メカニズムは何か？
• RQ2 ジェット形成に関して、磁気圏境界で発生するXウィンドモデルとディスク全域で発生するDウィンドモデルを区別する観測的証拠は得られるか？
• RQ3 高分解能技術を用いて、数AU以内のジェット基部で検出可能な運動的特徴（回転や速度勾配など）は何か？
• RQ4 直接画像化が不可能な低質量星および褐色矮星の中心エンジンを、分光的アストロメトリーがどの程度解像できるか？
• RQ5 次世代の干渉計（例：VLTI、LBTI、ALMA）は、ジェット発生領域を空間的に解像し、理論的モデルを検証する能力をどの程度向上させるか？

主な発見

• DG Tauのジェットに対する適応光学画像は、0.1"（14 AU）の空間分解能を達成し、ジェット基部の形態を直接観測し、数AUスケールでのコリメーションを確認した。
• 分光的アストロメトリー測定により、ジェットの回転が初めて直接証明され、ジェットが角運動量を運ぶこと、磁気駆動中心力の発生機構を支持することが示された。
• 源近傍での速度場測定は、ジェットが初期段階で温かい磁気駆動中心力のディスク風として発生していることを示しており、ディスク駆動噴出の理論モデルと整合的である。
• 分光的アストロメトリーは、初めて褐色矮星からのコリメートされた流出を検出でき、低質量で深く埋もれた系をプローブする技術の有効性を示した。
• HSTおよび地上AOシステムからの高分解能データは、ジェットの幅および速度構造が、中心源から200 AU以内で加速およびコリメーションが起こるモデルと整合的であることを示している。
• 次世代の干渉計（VLTI、LBTI、ALMA、e-MERLIN）は、ミリアーセコンド分解能と感度の向上を実現し、ジェットエンジンの直接画像化、非熱的成分および磁場の検出が可能になると予想される。