[論文レビュー] Unveiling the gas kinematics at 10 AU scales in high-mass star-forming regions (Milliarcsecond structure of 6.7 GHz methanol masers)

L. Moscadelli, A. Sanna+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 28, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 17被引用数 19

ひとこと要約

本研究では、6.7 GHzメタノールマーサーの高時間分解能・複数エポックにわたるVLBI観測を用い、4つの高質量星形成領域において、ミリアーセコンドスケールの秩序だちのある速度勾配を明らかにした。持続的で空間的に一貫した勾配は、マーサーの自己運動と整合しており、質量の大きな（原始）星周辺の約10 AUスケールで組織的なガス運動（吹き出し、回転、降着）が存在することを直接的証明し、マーサーの速度勾配が100 AU未満のガス運動を探査する新しい手法であることを確立した。

ABSTRACT

This work presents a study of the milliarcsecond structure of the 6.7 GHz methanol masers at high-velocity resolution (0.09 km s^(-1)) in four high-mass star-forming regions: G16.59-0.05, G23.01-0.41, IRAS20126+4104, and AFGL5142. We studied these sources by means of multi-epoch VLBI observations in the 22 GHz water and 6.7 GHz methanol masers, to determine the 3-D gas kinematics within a few thousand AU from the (proto)star. The present work exploits the 6.7 GHz maser data collected so far to investigate the milliarcsecond structure of this maser emission at high-velocity resolution. Most of the detected 6.7 GHz maser features present an ordered (linear, or arc-like) distribution of maser spots on the plane of the sky, together with a regular variation in the spot LSR velocity (V_LSR) with position. Typical values for the amplitude of the V_LSR gradients (defined in terms of the derivative of the spot V_LSR with position) are found to be 0.1-0.2 km s^(-1) mas^(-1). In each of the four target sources, the orientation and the amplitude of most of the feature V_LSR gradients remain remarkably stable in time, on timescales of (at least) several years. We also find that the data are consistent with having the V_LSR gradients and proper motion vectors in the same direction on the sky, considered the measurement uncertainties. The time persistency, the ordered angular and spatial distribution, and the orientation generally similar to the proper motions, altogether suggest a kinematical interpretation for the origin of the 6.7 GHz maser V_LSR gradients. This work shows that the organized motions (outflow, infall, and rotation) revealed by the (22 GHz water and 6.7 GHz methanol) masers on large scales (~100-1000 AU) also persist to very small (~10 AU) scales.

研究の動機と目的

• 高質量星形成領域における6.7 GHzメタノールマーサーのミリアーセコンドスケールの構造と運動を調査すること。
• 観測されたマーサー特徴における速度勾配が、100 AU未満のスケールで大規模な秩序だち運動（例：吹き出し、回転、降着）を示しているかどうかを特定すること。
• 複数エポックにわたるマーサー速度勾配の安定性と一貫性を評価し、その運動論的起源を推定すること。
• 6.7 GHzマーサー速度勾配が、質量の大きな（原始）星周辺のガス力学を探査する新しいツールとしての可能性を評価すること。
• マーサー勾配の運動論的構造を用いて、中心の（原始）星の位置と質量を制約すること。

提案手法

• 高角分解能（~1–10 mas）および高速度分解能（~0.09 km s⁻¹）を達成するため、6.7 GHz（メタノールマーサー）および22 GHz（水マーサー）の複数エポックの超長基線干渉計測定（VLBI）観測を実施した。
• 複数エポックにわたる個々のマーサー斑点のライン・オブ・サイト（LSR）速度（V_LSR）および自己運動を測定し、3次元ガス運動を再構築した。
• V_LSR勾配を、各マーサー特徴の主要軸に沿った空間的位置に関するV_LSRの微分として定義し、その大きさと向きを定量化した。
• 数年間にわたるV_LSR勾配の時間的安定性を分析し、動的時標識スケールでの物理的意味を評価した。
• V_LSR勾配の空間的向きとマーサー自己運動ベクトルの方向を比較し、運動論的一致性を検証した。
• 観測された勾配パターンを用いて、大規模な運動（例：吹き出し、回転）の存在を推定し、源G16.59−0.05における（原始）星の位置と質量を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 6.7 GHzメタノールマーサーのミリアーセコンドスケールの速度勾配は、質量の大きな（原始）星周辺の約10 AUスケールで、秩序だちの大規模なガス運動（例：吹き出し、回転、降着）を追跡しているか？
• RQ2 V_LSR勾配は数年スケールでどの程度安定しており、その物理的起源に何を示唆しているか？
• RQ3 V_LSR勾配ベクトルとマーサー斑点の自己運動ベクトルの間には、一貫した空間的・運動論的整合性があるか？
• RQ4 複数の源における観測されたV_LSR勾配パターンは、吹き出しと回転運動の組み合わせによって説明可能か？
• RQ5 V_LSR勾配は、高質量星形成領域における中心（原始）星の位置と質量をどの程度まで制約できるか？

主な発見

• 6.7 GHzマーサー特徴の多くは、主要軸に沿って一貫した系統的なLSR速度の変化を示す、秩序だちのある直線的または弧状の空間的分布を示した。
• V_LSR勾配の大きさは通常0.1–0.2 km s⁻¹ mas⁻¹であり、ミリアーセコンドスケールで強い速度勾配が存在することを示している。
• V_LSR勾配の向きと大きさは、少なくとも数年間のスケールで安定しており、持続的な物理的起源を示している。
• 3つの源（G16.59−0.05、G23.01−0.41、IRAS 20126+4104）では、V_LSR勾配ベクトルが2つの明確に分離したグループに分けられ、それぞれ約30–40°の幅を持ち、直交する大規模な運動を示唆している。
• V_LSR勾配ベクトルは、測定誤差の範囲内で、マーサーの天球上投影された自己運動ベクトルと一貫しており、運動論的解釈を支持している。
• G16.59−0.05においては、V_LSR勾配解析により得られた（原始）星の位置と質量が、完全な3次元マーサー運動論的モデリングから得られた結果と整合しており、この手法の信頼性が裏付けられた。