[논문 리뷰] APEX-CHAMP+ high-J CO observations of low-mass young stellar objects: IV. Mechanical and radiative feedback

U. A. Yíldíz, L. E. Kristensen외 15명|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|2015. 01. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 78인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 APEX-CHAMP+와 JCMT-HARP-B에서 확보한 고J CO (6–5) 및 3–2 선 관측을 통해 26개의 저질량 젊은 항성 물체에서 기계적 및 복사 피드백을 분석한다. 결과적으로, 동일한 빛의 세기에서도 Class 0 소스에서 기계적 분출력이 Class I 소스보다 더 높으며, 3000 AU 이내에서 자외선에 의해 가열된 기체 질량이 분출 기체 질량을 초과함을 확인하여, 소규모 스케일에서 복사 피드백이 기계적 분출보다 동일하거나 더 중요하다고 나타난다.

ABSTRACT

During the embedded stage of star formation, bipolar molecular outflows and UV radiation from the protostar are important feedback processes. Our aim is to quantify the feedback, mechanical and radiative, for a large sample of low-mass sources. The outflow activity is compared to radiative feedback in the form of UV heating by the accreting protostar to search for correlations and evolutionary trends. Large-scale maps of 26 young stellar objects, which are part of the Herschel WISH key program are obtained using the CHAMP+ instrument on the APEX (12CO and 13CO 6-5), and the HARP-B instrument on the JCMT (12CO and 13CO 3-2). Maps are used to determine outflow parameters and envelope models are used to quantify the amount of UV-heated gas and its temperature from 13CO 6-5 observations. All sources in our sample show outflow activity and the outflow force, F_CO, is larger for Class 0 sources than for Class I sources, even if their luminosities are comparable. The outflowing gas typically extends to much greater distances than the power-law envelope and therefore influences the surrounding cloud material directly. Comparison of the CO 6-5 results with Herschel-HIFI H2O and PACS high-J CO lines, both tracing currently shocked gas, shows that the two components are linked, even though the transitions do not probe the same gas. The link does not extend down to CO 3-2. The conclusion is that CO 6-5 depends on the shock characteristics (density and velocity), whereas CO 3-2 is more sensitive to conditions in the surrounding environment (density). The radiative feedback is responsible for increasing the gas temperature by a factor of two, up to 30-50 K, on scales of a few thousand AU, particularly along the direction of the outflow. The mass of the UV heated gas exceeds the mass contained in the entrained outflow in the inner ~3000 AU and is therefore at least as important on small scales.

연구 동기 및 목표

• 저질량 젊은 항성 물체(YSO)의 대규모 표본에서 진화 단계에 걸쳐 기계적 및 복사 피드백을 일관되게 정량화하는 것.
• 유속 흐름에 기인한 피드백 메커니즘과 비교하여 저질량 항성 형성에서의 빛의 세기 문제를 해결하는 것.
• 깊이 잠긴 원시 항성에서 분출 활동(기계적 피드백)과 자외선 가열(복사 피드백) 간의 상관관계를 조사하는 것.
• 분출력이 고J CO, H2O 및 13CO 6–5 방출과 어떻게 관련되어 있는지 확인하여 충격에 민감한지 또는 환경에 민감한 지표를 구분하는 것.
• 자외선에 의해 가열된 기체의 공간적 범위와 질량을 평가하고, 이를 분출 기체 질량과 비교하여 복사 피드백과 기계적 피드백의 상대적 중요성을 평가하는 것.

제안 방법

• 26개의 저질량 YSO에서 고진동 상태 기체를 추적하기 위해 APEX-CHAMP+를 사용해 고공간 해상도(9 arcsec 비드)의 12CO 및 13CO 6–5 지ap을 확보하였다.
• JCMT-HARP-B에서 확보한 12CO 및 13CO 3–2 데이터와 비교하여 저J와 고J 전이 간 감도 차이를 평가하였다.
• CO 6–5 선 날개를 이용해 기계적 피드백 강도와 진화 경향을 평가하기 위해 분출력(F_CO)을 정량화하였다.
• 13CO 6–5 방출의 복사 전달 모델링을 통해 자외선에 의해 가열된 기체 성분을 분리하고 온도 및 질량을 추정하였다.
• Herschel-HIFI H2O 및 PACS 고J CO 데이터와 CO 6–5 분출 특성 간 상관관계를 분석하여 분출 활동과 현재 충격 흥분 간의 연관성을 확인하였다.
• 13CO 6–5 지도에서 양피질 방출을 빼내어 분출 캐비티를 따라 특별히 두드러진 자외선 가열에 기인한 초과 방출을 고립하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Class 0와 Class I YSO 간 분출력(F_CO)은 어떻게 달라지며, 빛의 총량과 상관관계가 있는가?
• RQ2 CO 6–5 분출 특성과 고J CO 또는 충격 기체에서 방출된 H2O 선 방출 간 상관관계가 있는가? 이는 공통된 물리적 원인을 시사하는가?
• RQ3 복사 피드백(자외선 가열)이 기계적 피드백(분출)과 질량 및 공간적 범위 측면에서 어느 정도 유사한가?
• RQ4 내부 3000 AU 이내에서 자외선에 의해 가열된 기체 질량이 끼워진 분출 기체 질량을 초과하는가?
• RQ5 CO 6–5와 CO 3–2가 충격 조건과 주변 환경에 대해 각각 어느 정도 민감한가?

주요 결과

• 모든 26개의 소스에서 광범위한 분출 활동이 관측되었으며, 공간적 범위는 Class 0에서 Class I 소스로 갈수록 감소하였다.
• 비슷한 빛의 총량을 가진 상태에서도 Class 0 소스에서의 분출력(F_CO)이 Class I 소스보다 더 높았다.
• 내부 약 3000 AU 이내에서 13CO 6–5 방출에 의한 자외선에 의해 가열된 기체 질량이 끼워진 분출 기체 질량을 초과하여, 소규모 스케일에서 복사 피드백이 기계적 피드백과 동등하거나 더 중요하다는 것을 시사한다.
• 분출 방향을 따라 수천 AU 스케일에서 자외선 가열이 기체 온도를 약 두 배로 증가시켜 최대 30–50 K까지 상승시켰다.
• CO 6–5 방출은 HIFI H2O 및 PACS 고J CO 선과 상관관계를 보이며 현재 충격 활동을 추적함을 시사하지만, CO 3–2는 상관관계가 약해 주변 환경에 더 민감하고 충격 조건에는 덜 민감하다는 것을 시사한다.
• 1000–2000 AU 스케일에서 초과된 13CO 6–5 방출은 분출 캐비티를 통해 탈출하는 분열 과정에서 발생하는 자외선 광자에 기인한 것으로 보이며, Class 0에서 Class I로의 진화 단계에 따라 강하게 의존하지는 않는다.