[논문 리뷰] Ammonia observations in the LBV nebula G79.29+0.46. Discovery of a cold ring and some warm spots

J. R. Rizzo, Aina Palau외 2명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 23.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 44인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 빛나는 파란 변이성(LBV) 별 G79.29+0.46를 둘러싸고 있는 냉각 암모니아(NH₃) 기체의 일관되고 고리 형태의 구조를 처음으로 검출하였다. 이는 에펠스베르크 100m 전파망원경을 사용해 NH₃ (1,1) 및 (2,2) 전이를 통해 추적된 결과이다. 고리 구조는 적외선 안개와 공간적으로 일치하며, 낮은 암모니아 농도(~10⁻¹⁰–10⁻⁹)와 높은 온도(30 K 이상)를 보이며, 자외선에 의한 광해리가 일어나고 있음을 시사한다. 반면, 인근의 적외선 어두운 구름(IRDC)은 균일하게 냉각된 기체(T_rot ~10 K)와 높은 암모니아 농도(~10⁻⁸)를 보이며, 덩어리 가장자리에서 농도가 증가해 얼음으로 된 먼지 입자 막대의 충격에 의해 유도된 증발이 일어나고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The surroundings of Luminous Blue Variable (LBV) stars are excellent laboratories to study the effects of their high UV radiation, powerful winds, and strong ejection events onto the surrounding gas and dust. The LBV G79.29+0.46 powered two concentric infrared rings which may interact with the infrared dark cloud (IRDC) G79.3+0.3. The Effelsberg 100m telescope was used to observe the NH_3 (1,1), (2,2) emission surrounding G79.29+0.46 and the IRDC. In addition, we observed particular positions in the (3,3) transition toward the strongest region of the IRDC. We report here the first coherent shell-like structure of dense NH_3 gas associated with an evolved massive star. The shell, two or three orders of magnitude more tenuous than the IRDC, is well traced in both ammonia lines, and surrounds the ionized nebula. The NH_3 emission in the IRDC is characterized by a low and uniform rotational temperature (T_rot ~ 10 K) and moderately high opacities in the (1,1) line. The rest of the observed field is spotted by warm or hot zones (T_rot > 30 K) and characterized by optically thin emission of the (1,1) line. The NH_3 abundances are about 10^{-8} in the IRDC, and 10^{-10}-10^{-9} elsewhere. The warm temperatures and low abundances of NH_3 in the shell suggest that the gas is being heated and photo-dissociated by the intense UV field of the LBV star. An outstanding region is found to the south-west (SW) of the LBV star within the IRDC. The NH_3 (3,3) emission at the centre of the SW region reveals two velocity components tracing gas at temperatures > 30K. The northern edge of the SW region agrees with the border of the ring nebula and a region of continuum enhancement; here, the opacity of the (1,1) line and the NH_3 abundance do not decrease as expected in a typical clump of an isolated cold dark cloud. This strongly suggests some kind of interaction between the ring nebula and the IRDC.

연구 동기 및 목표

• G79.29+0.46 후보 LBV의 별주위 환경에서 밀도 높은 기체의 물리 조건을 규명하는 것.
• LBV의 강력한 자외선 복사와 질량 손실 사건이 분자 기체의 형성과 암모니아 농도 변화에 미치는 영향을 조사하는 것.
• LBV에 의해 유도된 안개와 인접한 적외선 어두운 구름(IRDC) G79.3+0.3 간의 상호작용을 탐색하는 것.
• 이 지역에서 충격 유도 화학과 먼지 입자 막대에서의 분자 증발 가능성을 평가하는 것.

제안 방법

• 에펠스베르크 100m 전파망원경을 사용해 G79.29+0.46 중심의 7′×7′ 영역에서 NH₃ (1,1) 및 (2,2) 회전 전이에 대한 민감한 맵핑을 수행하였다.
• IRDC의 가장 강한 NH₃ (1,1) 방출 영역인 서남부 지역을 대상으로 NH₃ (3,3) 전이에 대한 타겟팅 관측을 수행하였다.
• 다양한 암모니아 역행 전이에서 유도된 회전 온도 진단을 통해 전 영역에서 운동 온도와 열량 밀도를 유도하였다.
• H₂ 열량 밀도를 추정하기 위해 1.2 mm 연속 방출과 비교해 NH₃ 열량 밀도를 비교함으로써 암모니아 농도를 계산하였다.
• 속도 해상도가 높은 방출을 분석해 별개의 성분과 적외선 및 전파 연속 방출 구조와의 공간적 상관관계를 규명하였다.
• 광학 두께 영향을 평가하고 덩어리 형태의 밀도 높은 기체의 물리 조건을 추론하기 위해 투과도 진단을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 LBV 안개 G79.29+0.46와 관련된 일관되고 확장된 밀도 높은 암모니아 기체의 구조가 존재하는가? 그 물리적 특성은 무엇인가?
• RQ2 IRDC와 LBV 고리 안개에서 회전 온도와 암모니아 농도는 어떻게 변화하며, 이러한 변화를 일으키는 원인은 무엇인가?
• RQ3 LBV의 질량 손실 분출과 IRDC 간의 상호작용을 뒷받침하는 증거는 무엇인가, 특히 서남부 지역에서?
• RQ4 왜 IRDC 덩어리 가장자리에서 암모니아 농도가 중심보다 높은가? 이를 설명할 수 있는 물리적 과정은 무엇인가?

주요 결과

• NH₃ (1,1) 및 (2,2) 방출의 일관되고 고리 형태의 구조가 검출되었으며, 기존의 적외선 고리 안개와 공간적으로 일치한다. 이는 퇴화한 대질량 항성과 관련된 첫 번째 구조이다.
• IRDC 내에서의 회전 온도는 균일하게 낮은 7–11 K이며, (1,1) 선에서 높은 광학 두께와 함께 NH₃ 농도 ~10⁻⁸를 보이며, 냉각되고 밀도가 높으며 안정된 기체임을 시사한다.
• 반면, 고리 안개와 인근의 뜨거운 영역은 회전 온도가 30 K 이상이며 NH₃ 농도가 10⁻¹⁰에서 10⁻⁹ 수준이어서 LBV의 강력한 자외선 장에 의해 가열되고 광해리가 일어나고 있음을 시사한다.
• IRDC의 서남부 지역의 북쪽 가장자리에서는 (1,1) 선의 투과도가 높고, 덩어리 가장자리에서 NH₃ 농도가 증가해 전형적인 덩어리 행동과 어긋나며, 활발한 분자 방출이 일어나고 있음을 시사한다.
• 서남부 지역의 NH₃ (3,3) 방출은 세 개의 속도 성분을 보이며, 두 개의 따뜻한 핵심부(30 K 이상)와 하나의 차가운 성분(11 K)을 포함한다. 이는 충격에 의해 유도된 화학 반응과 동적인 상호작용을 지지한다.
• 관측된 공간적 및 운동학적 패턴은 LBV의 질량 손실 사건이 IRDC와 상호작용하고 있으며, 충격에 의해 얼음으로 된 먼지 입자 막대에서 NH₃가 방출되고 있음을 강력히 시사한다. 이는 이 지역에서 저속 충격이 존재한다는 이전 증거와 일치한다.