[논문 리뷰] ALMA CO J=6-5 observations of IRAS16293-2422: Shocks and entrainment

L. E. Kristensen, Pamela Klaassen외 3명|arXiv (Cornell University)|2012. 12. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 22인용 수 16

한 줄 요약

ALMA 밴드 9 관측을 통해 IRAS16293–2422의 CO J=6–5를 분석한 결과, 형성 중인 별 A에서 유래한 빨간색 이동된 Bow shock가 천구상에서 별 B와 겹쳐져 있으며, 이는 현재 B에서의 분출 활동이 없음에도 불구하고 100 AU 이상의 규모에서 충격에 의해 기여된 것으로 나타났다. 고해상도 데이터는 충격 방출이 열점으로 국소화되어 있음을 보여주며, 고속 선형 날개가 우선적으로 복원됨을 확인하여, 별 A가 충격을 주도하고 있으며, 별 B는 낙하 중임에도 불구하고 현재는 수면 상태임을 입증한다.

ABSTRACT

Observations of higher-excited transitions of abundant molecules such as CO are important for determining where energy in the form of shocks is fed back into the parental envelope of forming stars. The nearby prototypical and protobinary low-mass hot core, IRAS16293-2422 (I16293) is ideal for such a study. The source was targeted with ALMA for science verification purposes in band 9, which includes CO J=6-5 (E_up/k_B ~ 116 K), at an unprecedented spatial resolution (~0.2", 25 AU). I16293 itself is composed of two sources, A and B, with a projected distance of 5". CO J=6-5 emission is detected throughout the region, particularly in small, arcsecond-sized hotspots, where the outflow interacts with the envelope. The observations only recover a fraction of the emission in the line wings when compared to data from single-dish telescopes, with a higher fraction of emission recovered at higher velocities. The very high angular resolution of these new data reveal that a bow shock from source A coincides, in the plane of the sky, with the position of source B. Source B, on the other hand, does not show current outflow activity. In this region, outflow entrainment takes place over large spatial scales, >~ 100 AU, and in small discrete knots. This unique dataset shows that the combination of a high-temperature tracer (e.g., CO J=6-5) and very high angular resolution observations is crucial for interpreting the structure of the warm inner environment of low-mass protostars.

연구 동기 및 목표

• 고스펙트럼 및 고공간 해상도 CO J=6–5 관측을 통해 저질량 형성 중 별계 IRAS16293–2422에서 고속 분자 방출의 기원을 규명하는 것.
• 별 B가 현재 충격을 주도하고 있는지, 아니면 충격 방출이 별 A의 분출에 의한 상호작용 때문인지 확인하는 것.
• 고온도 추적자와 간섭계 해상도가 형성 중 별의 망원경 내 소규모 충격 구조를 해상하는 데서 수행하는 역할을 평가하는 것.
• 분출, 충격, 그리고 두 형성 중 별 A와 B 사이의 운동학적 및 형태학적 관계를 명확히 하는 것.
• 형성 중 별계의 내부 100 AU 범위에서 분출에 의한 기여의 범위와 성격을 평가하는 것.

제안 방법

• 25 AU 해상도(~0.2 arcsecond)를 확보하기 위해 15개 안테나와 26~402 m의 기준선을 사용하여 690 GHz에서 ALMA 밴드 9 관측을 수행하였다.
• 확장된 방출 영역을 커버하기 위해 7점 모자이크를 사용하였으며, 데이터는 순간 지도와 위치-속도(PV)도를 생성하기 위해 처리되었다.
• 고속 선형 날개를 분리하기 위해 속도 채널 및 파랑-이동 및 빨간-이동 선형 날개에 대해 CO J=6–5 방출을 분석하였다.
• 특히 선형 날개에서의 복원율 평가를 위해 단일 안테나 관측과 데이터를 비교하였다.
• 방출 피크와 속도 기울기의 형태학적 및 운동학적 분석을 통해 충격 구조의 기원을 추론하였다.
• 분출 역학과 진동 주기의 이론적 모델링을 통해 이진별에 의한 제트 진동의 가능성 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRAS16293–2422에서의 고속 CO J=6–5 방출은 주로 별 A에서 기인하는가, 아니면 별 B에서 기인하는가?
• RQ2 별 B 근처에서 관측된 Bow shock 구조는 별 A의 분출에서 기인하는가, 그리고 제트에 의해 주도되는 충격과 일치하는가?
• RQ3 내부 망원경에서 분출에 의한 기여의 공간적 범위는 얼마이며, 이는 큰 척도(>100 AU)에서 발생하는가, 아니면 분리된 덩어리에서 발생하는가?
• RQ4 특히 선형 날개에서 ALMA 간섭계 데이터와 단일 안테나 관측 간의 복원율 차이가 발생하는 이유는 무엇인가?
• RQ5 별 B는 현재 수축이나 분출 활동을 하고 있는가, 아니면 관측된 방출이 외부 충격에 의해 자극된 것인가?

주요 결과

• CO J=6–5 방출은 별 A의 분출이 망원경과 상호작용하는 다수의 작은, 초역경도의 핫스팟에서 관측되었다.
• 간섭계는 선핵보다 고속 선형 날개에서 더 높은 비율의 방출을 복원하여 충격을 받은 기체의 선호적 탐지를 확인하였다.
• 별 A에서 기인한 빨간색 이동된 Bow shock는 천구상에서 별 B와 공간적으로 일치하며, 이는 충격이 별 B에 의해 주도된 것이 아니라는 것을 시사한다.
• 별 B는 낙하 서명이 있음에도 불구하고 현재 분출 활동이 없으며, 현재 시점에서 활발한 수축도 하지 않는다.
• Bow shock의 동적 연령은 ≤300년으로 추정되어, 별 A의 제트에서의 빠른 진동 또는 변동성을 시사한다.
• 궤도 주기가 약 165년인 이진계 A1–A2는 관측된 충격 구조의 비대칭성을 유도할 수 있는 제트 진동의 타당한 원인으로 여겨진다.