[論文レビュー] Water emission in NGC1333-IRAS4: The physical structure of the envelope

S. Maret, C. Ceccarelli+3 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|Sep 18, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 40被引用数 49

ひとこと要約

本研究では、ISO-LWS赤外線分光法を用いて、プロトバイナリー系NGC1333-IRAS4における水線放射を分析し、IRAS4AおよびIRAS4Bのプロト星包みの熱的に励起された水からの放射としてその放射をモデル化した。最良の適合モデル—放射線輸送と化学的平衡に基づく—は観測された線輝度を再現し、プロト星質量0.5 M☉、降着率5×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹、および内側の温かい領域における水の混合比の上昇（5×10⁻⁷から5×10⁻⁶）を示し、10,000年という若く、質量の大きな包み系であることを示している。

ABSTRACT

We report ISO-LWS far infrared observations of CO, water and oxygen lines towards the protobinary system IRAS4 in the NGC1333 cloud. We detected several water, OH, CO rotational lines, and two [OI] and [CII] fine structure lines. Given the relatively poor spectral and spatial resolution of these observations, assessing the origin of the observed emission is not straightforward. In this paper, we focus on the water line emission and explore the hypothesis that it originates in the envelopes that surround the two protostars, IRAS4 A and B, thanks to an accurate model. The model reproduces quite well the observed water line fluxes, predicting a density profile, mass accretion rate, central mass, and water abundance profile in agreement with previous works. We hence conclude that the emission from the envelopes is a viable explanation for the observed water emission, although we cannot totally rule out the alternative that the observed water emission originates in the outflow.

研究の動機と目的

• NGC1333-IRAS4における遠赤外線水線放射の起源を特定し、包みと噴流の寄与を区別する。
• 放射線輸送と化学的平衡を用いて、プロト星包みの物理的・化学的構造をモデル化する。
• 観測された水線輝度に合わせてフィットさせることで、質量、降着率、水の混合比といった主要なプロト星パラメータを推定する。
• IRAS4とIRAS16293-2422を比較し、年齢および環境条件の違いが分子放射に与える影響を理解する。

提案手法

• オンソース位置および2つのオフソース位置（NE赤、SW青）を対象としたISO-LWSのグレーティングモードを用いた遠赤外線分光法により、包みと噴流からの放射を分離する。
• CHT96モデルの採用。これは、化学ネットワーク、熱平衡、放射線輸送を内向きに崩壊する枠組みで統合したモデルである。
• IRAS4AおよびIRAS4Bの周囲に、同一の球対称的包みを仮定し、密度プロファイルを外側ではr⁻²、内側ではr⁻³/²の法則に従うものとする。
• 中心質量、降着率、および外側および内側領域における水の混合比という4つの主要パラメータを調整することで、観測された水線輝度にフィットする。
• 連続体モデリング（JSD02）から得られたほこりの温度および密度プロファイルを、放射線輸送計算の入力として使用する。
• モデル予測を[OI]、[CII]、CO、OHの微細構造線の観測と比較し、全体的な物理的構造の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC1333-IRAS4における観測された水の放射は、主にプロト星包み由来であるのか、それとも噴流由来であるのか。
• RQ2 IRAS4AおよびIRAS4Bの周囲の包みの推定された物理的パラメータ（質量、降着率、水の混合比）は何か。
• RQ3 水の混合比は半径に応じてどのように変化するか、特に100 Kの蒸発フロントを越えてどうなるか。
• RQ4 同じ化学的性質を持つにもかかわらず、IRAS4の分子放射はIRAS16293-2422ほど豊かでないのはなぜか。
• RQ5 IRAS4の年齢は何か。降着および包み構造の観点から、IRAS16293-2422と比較するとどうなるか。

主な発見

• 観測された水の放射は、噴流とは関係なく主にプロト星包みに起因しており、噴流の lobes に沿ったオフソース位置では顕著な放射は検出されなかった。
• 最良の適合モデルは、中心質量0.5 M☉、降着率5×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹を用いて観測された水線輝度を再現し、プロト星の年齢が約10,000年であると示唆している。
• 外側の冷たい包み（r ≥ 1500 AU）では水の混合比が5×10⁻⁷、内側の温かい領域（r ≤ 80 AU）では100 Kを超えるほどのほこり温度を示す領域で5×10⁻⁶に増加する。
• 1500 AUにおける包みの密度は約4×10⁶ cm⁻³、ほこりの温度は約30 Kであり、CO氷の蒸発と一致しており、過去のCO欠乏観測を説明できる。
• モデルは、IRAS4におけるCOの欠乏（10倍の低減）が、COが凍結する低温領域に起因するものであり、固有の化学的欠乏とは無関係であるという仮説を支持している。
• IRAS4はIRAS16293-2422よりも若く、より質量の大きな包みと高い連続体放射を示しており、同じ化学的性質を持つにもかかわらず分子線の豊かさに差が生じる理由が説明できる。