[논문 리뷰] APEX-CHAMP+ high-J CO observations of low-mass young stellar objects: II. Distribution and origin of warm molecular gas

T. A. van Kempen, E. F. van Dishoeck외 7명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2009. 08. 24.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 76인용 수 33

한 줄 요약

이 연구는 APEX-CHAMP+를 이용한 고- J CO 선 맵을 통해 저질량 젊은 항성 물체 여덟 곳에서 따뜻한 분자 기체를 탐사하여, 외부 유동으로부터 비치는 자외선 광자 가열이 수동적 외곽 가열보다 더 우세하다는 것을 밝혀냈다. 핵심 발견은 고- J CO 발광이 구조적 공동 벽면의 광자 가열에 의해 설명되며, 충격으로 가열된 기체는 다량의 Class 0/I 소스에서만 두드러지게 나타나며, 외부 유동 내에서의 운동 온도는 약 100 K로 모델 예측과 일치한다.

ABSTRACT

The origin and heating mechanisms of warm (50

연구 동기 및 목표

• 저질량 젊은 항성 물체(YSO)에서 따뜻한 분자 기체(50–200 K)의 분포와 기원을 규명하는 것.
• 수동적 외곽 가열, 외부 유동 내 충격 가열, 그리고 안정된 기체의 자외선 광자 가열 기여도를 분리하는 것.
• 고속도 및 고진동 상태 CO 전이를 이용해 따뜻한 기체의 주요 가열 메커니즘을 규명하는 것.
• protostar의 피드백이 가열, 광해리 및 외부 유동 분산를 통해 수축하는 기화 외곽에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 광자 가열이 기화 수축과 항성 질량 성장에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 저질량 YSO 여덟 곳 주변 약 1°×1° 영역에서 APEX 망원경의 CHAMP+ 수신기로 고- $J$ CO 선 맵핑(12 CO $J$=6–5 및 7–6)을 수행하였다.
• 광학적 깊이와 기체 밀도를 제약하기 위해 13 CO $J$=6–5 및 [C I] $^{3}$P$_2$–$^{3}$P$_1$ 선의 이소토포르 관측을 수행하였다.
• 공간적으로 분해된 발광 맵을 이용해 내부 외곽, 외부 유동 충격, 외부 유동 공동 내 안정된 기체의 발광을 구분하였다.
• 수동적 가열과 자외선 조사 시나리오의 예측과 관측된 선 강도 및 속도 프로파일을 비교하기 위해 복사전달 모델을 적용하였다.
• 12 CO 6–5 및 3–2 전이의 선 끝부분을 기반으로 외부 유동 영역의 운동 온도를 추정하였다.
• 외부 유동에서 [C I] 2–1 발광이 관측되지 않음을 이용해 충격에서 생성된 광해리 광자의 양을 제약하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저질량 원시 항성에서 따뜻한 분자 기체의 주요 가열 메커니즘은 무엇인가? 즉, 수동적 외곽 가열, 충격 가열, 또는 자외선 광자 조사인가?
• RQ2 고- J CO 발광(6–5 및 7–6)의 분포는 외부 유동 구조 및 공동 벽면과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 내부 충격과 물질 붕괴 경계에서 비치는 자외선 광자 가열이 안정된 기체에서 관측된 고진동 상태 CO 발광을 얼마나 잘 설명하는가?
• RQ4 왜 충격으로 가열된 성분은 다량의 질량을 가진 고도의 질량을 가진 YSO에서만 검출되고 저질량 소스에서는 검출되지 않는가?
• RQ5 외부 유동 내 분자 기체의 운동 온도는 얼마이며, 이는 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 12 CO 6–5 및 7–6로 추적된 따뜻한 분자 기체는 관측된 여덟 곳의 저질량 YSO 전부에서 검출되었으며, 중심 소스에서 최대 10,000 AU까지 연장되어 있었다.
• 특히 HH 46 및 Ced 110 IRS 4에서, 수동적 가열만으로는 관측된 선 강도를 설명할 수 없어, 공동 벽면의 자외선 광자 가열이 확산된 고- J CO 발광의 주요 메커니즘이다.
• BHR 71에서 안정된 12 CO 6–5 발광은 소스에서 멀어질수록 증가하여, 외부 유동 공동 내에서 충격과 제트 경계에서 비치는 자외선 광자가 기체를 가열한다는 것을 확인한다.
• 충격으로 가열된 따뜻한 기체는 다량의 Class 0 및 Class I 소스(예: NGC 1333 IRS 2, BHR 71, HH 46, RCrA IRS 7)에서만 뚜렷하게 검출되며, 저질량 유동에서는 검출되지 않는다.
• 대부분의 소스에서 외부 유동의 운동 온도는 약 100 K이며, 제트 구동 유동에 대한 모델 예측과 일치한다. 다만 L 1551 IRS 5 및 IRAS 12496-7650는 온도가 50 K 미만으로 나타나, 고요하거나 약한 활동을 보이는 유동임을 시사한다.
• RCrA IRS 7에서 강한 12 CO 6–5 발광은 수동적 가열 예측보다 약 10배 이상 높으며, 이는 원시 항성 자체가 아니라 근처의 RCrA 항성으로 인한 중요한 PDR 영역이 자외선에 의해 가열되었음을 시사한다.