[論文レビュー] Water emission from the high-mass star-forming region IRAS 17233-3606. High water abundances at high velocities

S. Leurini, A. Gusdorf+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、ハーシェル/HIFI観測を用いて、高質量包郭星であるIRAS 17233-3606からの流れにおける水とSiOの発光を、初めて一貫性のある衝撃モデル化した。水の分圧は1.2–2.5×10⁻⁵であり、衝撃を受ける水の質量は12.5 M⊕に達し、ピークでの分圧は1.4×10⁻⁴に達しており、高圧力衝撃による効率的な水生成が、大質量星形成の過程で顕著であることが示された。

ABSTRACT

We investigate the physical and chemical processes at work during the formation of a massive protostar based on the observation of water in an outflow from a very young object previously detected in H2 and SiO in the IRAS 17233-3606 region. We estimated the abundance of water to understand its chemistry, and to constrain the mass of the emitting outflow. We present new observations of shocked water obtained with the HIFI receiver onboard Herschel. We detected water at high velocities in a range similar to SiO. We self-consistently fitted these observations along with previous SiO data through a state-of-the-art, one-dimensional, stationary C-shock model. We found that a single model can explain the SiO and H2O emission in the red and blue wings of the spectra. Remarkably, one common area, similar to that found for H2 emission, fits both the SiO and H2O emission regions. This shock model subsequently allowed us to assess the shocked water column density, N(H2O)=1.2x10^{18} cm^{-2}, mass, M(H2O)=12.5 M_earth, and its maximum fractional abundance with respect to the total density, x(H2O)=1.4x10^{-4}. The corresponding water abundance in fractional column density units ranges between 2.5x10^{-5} and 1.2x10^{-5}, in agreement with recent results obtained in outflows from low- and high-mass young stellar objects.

研究の動機と目的

• 高質量星形成における物理的・化学的プロセスを、衝撃を受けた流れにおける水発光の分析によって理解すること。
• 近接して明るい高質量包郭星であるIRAS 17233-3606の流れにおける水の分圧と質量を特定すること。
• 単一の衝撃モデルが、高圧力域でのSiOおよびH₂O発光を同時に説明できるかどうかを検証すること。
• 衝撃誘発化学および固体粒子被膜のスプラッタリングが、大質量流れにおける水生成に果たす役割を評価すること。
• これまでの文献に欠けていた、高質量流れにおける水の分圧と質量のベンチマークを提供すること。

提案手法

• ハーシェル宇宙望遠鏡搭載のHIFI機器を用いて、水線の高分解能観測を実施した。
• APEXから得られた既存のSiO(5–4)および(8–7)スペクトルと、新たに得たHIFI水データを統合し、統合的分析を実施した。
• 一様な一次元静的C衝撃モデルを用いて、SiOおよびH₂O発光プロファイルを一貫して適合させた。
• 衝撃速度（30 km s⁻¹）、衝撃前密度（10⁶ cm⁻³）、磁場強度などの衝撃パラメータを用いて、観測された線強度を再現した。
• 同じ衝撃モデルから得られるH₂の柱密度を用いて、水の柱密度および質量を計算した。
• 複数の遷移における合成線プロファイルと観測スペクトルの比較を通じて、モデルの妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一のC衝撃モデルは、IRAS 17233-3606の高圧力流れにおける観測されたSiOおよびH₂O発光を同時に再現できるか？
• RQ2 衝撃を受けるガスにおける水の分圧は何か？ 低質量および高質量流れにおける値と比較するとどうなるか？
• RQ3 流れ全体の水の総質量は何か？ 他の流れからの推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 水の分圧は、固体被膜のスプラッタリングおよび衝撃加熱による高温化学反応による生成と整合的か？
• RQ5 この高質量流れにおける衝撃条件は、光度および質量降着率の違いがあるにもかかわらず、低質量包郭星で見られる条件と一致するか？

主な発見

• 単一のC衝撃モデルが、スペクトルの赤および青の翼におけるSiOおよびH₂O発光をうまく再現しており、共通の起源を示唆している。
• 衝撃を受ける水の柱密度は1.2×10¹⁸ cm⁻²と推定され、流れ全体の水の総質量は12.5 M⊕に達する。
• 柱密度単位での水の分圧は2.5×10⁻⁵から1.2×10⁻⁵の範囲にあり、他の低質量および高質量流れにおける値と整合的である。
• 局所的な最大分圧は1.4×10⁻⁴に達しており、衝撃加熱領域での効率的な生成を示している。
• 得られた水の分圧は、COに基づくH₂柱密度推定による不確実性を避けることにより、一貫して信頼できるものである。
• モデルの結果は、源の質量や光度の違いがあるにもかかわらず、他の流れ（例：L1157-B1）における既存の推定値と整合的である。