[論文レビュー] Warm Gas Towards Young Stellar Objects In Corona Australis Herschel/PACS Observations From The Digit Key Programme

J. E. Lindberg|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 53被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル/PACSの遠赤外線データを用いて、照射されたR Coronae Australis領域内の低質量原星で、温かいガスおよびダストを調査し、点源と拡張放射を分離するためのデコンボリューションを適用した。外部からの照射が分子励起温度を上昇させない一方で、OH や O といった光分解生成物を強化しており、外部からの加熱が拡張放射を駆動しているが、コア部の励起状態には影響しないことが示された。

ABSTRACT

The effects of external irradiation on the chemistry and physics in the protostellar envelope around low-mass young stellar objects are poorly understood. The Corona Australis star-forming region contains the R CrA dark cloud, comprising several low-mass protostellar cores irradiated by an intermediate-mass young star. We study the effects on the warm gas and dust in a group of low-mass young stellar objects from the irradiation by the young luminous Herbig Be star R CrA. Herschel/PACS far-infrared datacubes of two low-mass star-forming regions in the R CrA dark cloud are presented. The distribution of CO, OH, H2O, [C II], [O I], and continuum emission is investigated. We have developed a deconvolution algorithm which we use to deconvolve the maps, separating the point-source emission from the extended emission. We also construct rotational diagrams of the molecular species. By deconvolution of the Herschel data, we find large-scale (several thousand AU) dust continuum and spectral line emission not associated with the point sources. Similar rotational temperatures are found for the warm CO ($282\pm4$ K), hot CO ($890\pm84$ K), OH ($79\pm4$ K), and H2O ($197\pm7$ K) emission, respectively, in the point sources and the extended emission. The rotational temperatures are also similar to what is found in other more isolated cores. The extended dust continuum emission is found in two ridges similar in extent and temperature to molecular mm emission, indicative of external heating from the Herbig Be star R CrA. Our results show that a nearby luminous star does not increase the molecular excitation temperatures in the warm gas around a young stellar object (YSO). However, the emission from photodissociation products of H2O, such as OH and O, is enhanced in the warm gas associated with these protostars and their surroundings compared to similar objects not suffering from external irradiation.

研究の動機と目的

• 低質量若星（YSO）の周囲の温かいガスおよびダストにおける、明るいヘルビッジB型星であるR CrAからの外部照射の化学的および物理的条件に及ぼす影響を理解すること。
• R CrAからの照射が、孤立した源と比較して、原星包囲ガスの分子励起温度を上昇させるかどうかを調査すること。
• デコンボリューション技術を用いて、遠赤外線データにおける点源放射と拡張放射を分離すること。
• CO、OH、H2O、[C ii]、[O i]およびダスト連続スペクトルの回転温度とライン比を分析し、励起および加熱機構を評価すること。

提案手法

• R CrA暗黒雲内の2つの低質量星形成領域をカバーする、55–210 µmの範囲のハーシェル/PACSの積分場分光法データの取得。
• データキューブにおける点源放射と拡張放射を分離するために、独自開発のデコンボリューションアルゴリズムの適用。
• CO、OH、H2Oおよび他の種の回転図の構築により、回転温度を導出し、励起状態を評価する。
• IRS7およびIRS5領域間のラインフラックスおよび比（例：OH/H2O、[O i]/OH、[O i]/CO）の比較により、照射効果を評価する。
• FIR連続スペクトルおよびスペクトルライン放射とミリ波長分子トレーサー（H2CO、CH3OH）との相関をとることで、外部から加熱された物質を同定する。
• 13COの回転図を用いて光学厚さを推定し、中JのCO遷移における励起状態を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部からの照射が、孤立した源と比較して、低質量YSOにおける温かいおよび熱いCO、OH、H2Oの回転温度を上昇させるか？
• RQ2 R CrA領域における拡張遠赤外線放射は、外部から加熱されたガスおよびダストをどれほど追跡するか？また、ミリ波長分子放射とどのように相関するか？
• RQ3 CrA領域におけるOH、O、および[O i]といった光分解生成物のライン比の増大は、外部からの照射によって駆動される光分解領域（PDR）を示唆するか？
• RQ4 拡張放射における励起状態は、中心部の原星コア部と比較してどのように異なるか？これは加熱の起源にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 R CrA領域における大規模な分子放射は、低密度ガスの放射励起によって説明可能か？それとも、高密度トレーサーが説明に必要か？

主な発見

• IRS7の北および南に位置する2つのリッジで、40–50 Kの拡張ダスト連続スペクトル放射が検出され、H2COおよびCH3OHのミリ波放射と相関しており、R CrAからの外部照射が拡張物質を加熱していることを示している。
• 点源放射および拡張放射の両方で、温かいCO（282 ± 4 K）、熱いCO（890 ± 84 K）、OH（79 ± 4 K）、H2O（197 ± 7 K）の回転温度は類似しており、外部からの照射による励起の顕著な上昇は認められない。
• [O i] 63.2 µmラインは拡張領域で強く強調されており、外部からの照射によって駆動される光分解領域（PDR）の存在を裏付けている。
• OH/H2O、[O i]/H2O、[O i]/OH、[O i]/COのライン比は、CrA領域の源で他の埋蔵された対象と比較して1.5–4.0倍増加しており、PDRに類似した化学反応を示している。
• 拡張放射における温かいCO成分の回転温度は277 ± 7 K、熱いCO成分は829 ± 69 Kであり、拡張した温かいガスがYSOの内部加熱によってのみ生じているわけではないことを示している。
• より強い照射にもかかわらず、R CrAに近いIRS7領域はIRS5と比較して僅かに高い回転温度を示すにとどまり、密なガスにおける励起状態が外部加熱に対して頑健であることを示唆している。