[論文レビュー] Very compact radio emission from high-mass protostars. I. CRL 2136: Continuum and water maser observations

K. M. Menten, F. van der Tak|ArXiv.org|Oct 22, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用数 25

ひとこと要約

本研究では、CRL 2136の高質量プロト星IRS 1からの弱い、光学的厚い電波連続放射を、VLAを用いた高分解能観測により検出した。43.3 GHzまでに及ぶスペクトル指数α ≈ 1.2は、ジェット由来の可能性のある自由自由放射を示している。水メーザーは600×1000 AUの領域に限定され、システム的径速度から最大4 km s⁻¹のレドシフトを示し、連続放射源と一致しており、これはプロト星周辺の密度が高く、降着するガスに由来するものであり、双極的フレアとは関係がない可能性を示唆している。

ABSTRACT

We report 5-43 GHz radio observations of the CRL 2136 region at 0.6-6 arcsec resolution. We detect weak (mJy intensity) radio emission from the deeply embedded high-mass protostar IRS 1, which has an optically thick spectrum up to frequencies of 22 GHz, flattening at higher frequencies, which might be explained by emission from a jet. Water maser mapping shows that the strong emission observed redshifted relative to the systemic velocity is spatially coincident with the optically thick continuum emission. The H2O maser emission from this object (and others we know of) seems to have a different origin than most of these masers, which are frequently tracing bipolar high-velocity outflows. Instead, the CRL 2136 H2O emission arises in the close circumstellar environment of the protostar (within 1000 AU). We speculate that most of it is excited in the hot, dense infalling gas after the accretion shock, although this cannot explain all the H2O emission. An accretion shock nature for the continuum emission seems unlikely.

研究の動機と目的

• CRL 2136の深く埋もれた高質量プロト星IRS 1からの弱い電波連続放射を、サブアーセコンド解像度で検出し、特徴づけること。
• CRL 2136の周囲星間環境における水メーザー放射の起源を調査し、特に連続放射源との空間的および運動的関係を明らかにすること。
• 電波連続放射がジェット由来か降着衝撃由来かを特定し、そのスペクトル的性質を評価すること。
• CRL 2136のH2Oメーザーが、双極的フレアとは関係のない、降着または降着物質に起因する新しい種類のメーザーである可能性を検討すること。
• メーザーおよび連続放射データを用いて、プロト星系の最も内側領域における物理的状態（温度、密度）を制約すること。

提案手法

• VLAを用いて、CRL 2136の5–43 GHzの連続放射およびH2Oメーザー線観測を、0.′′6から6′′の解像度で実施した。
• 8.4、14.9、43.3 GHzにおける輝度密度を用いて、S ∝ ν^αを仮定してスペクトル指数αを測定した。
• 22 GHzにおけるH2Oメーザーの空間的分布をマッピングし、連続放射源に対する相対的な速度構造および空間的広がりを特定した。
• サブアーセコンドの精度でメーザーと連続放射マップをクロスレジストレーションし、空間的一致および物理的関連性を評価した。
• 9年間にわたり安定した強度のメーザー特徴（速度 ≈ 27.1 km s⁻¹、±0.1 km s⁻¹以内）を観測し、長期的な物理的状態を診断した。
• Neufeld & Hollenbach (1996)の降着衝撃由来の自由自由放射モデルおよびTan (2003)のジェット駆動放射モデルを評価し、観測された電波スペクトルを解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CRL 2136のIRS 1から検出された弱くコンパクトな電波連続放射の起源は何か？
• RQ2 H2Oメーザーの空間的および運動的分布は、電波連続放射源およびプロト星とどのように関係しているか？
• RQ3 CRL 2136のH2Oメーザーはジェットやフレア由来か、それとも降着または降着物質由来か？
• RQ4 観測された電波連続放射のスペクトル指数α ≈ 1.2は、ジェットまたは降着衝撃モデルで説明可能か？
• RQ5 CRL 2136のH2Oメーザーは、高速な双極的フレアとは関係のない、新しい種類のメーザーを表しているか？

主な発見

• CRL 2136のIRS 1からの電波連続放射は、22 GHzまで光学的厚い状態にあり、43.3 GHzまでに及ぶスペクトル指数α ≈ 1.2は、自由自由放射を示しており、ジェット由来の可能性がある。
• 連続放射源は43.3 GHzで分解され、0.′′029 × 0.′′003（約100 AU）のサイズを示しており、コンパクトなHII領域またはジェットの基部と整合的である。
• H2Oメーザーは600 × 1000 AUの領域に限定され、最も強い放射は27.1 km s⁻¹にあり、システム的径速度から最大4 km s⁻¹のレドシフトを示している。
• 最も強いメーザー特徴は、9年間にわたり速度が±0.1 km s⁻¹以内で安定しており、長期間にわたり安定した物理的構造であることを示している。
• メーザー放射は空間的に電波連続放射源と一致しており、メーザーと中心プロト星との間には密接な物理的関連があると考えられる。
• メーザーはおそらくプロト星の近く（1000 AU以内）の高温・高密度の降着ガスに由来し、降着衝撃の後か、あるいは双極的フレアとは無関係に発生している可能性がある。