[논문 리뷰] Chasing discs around O-type (proto)stars - ALMA evidence for an SiO disc and disc wind from G17.64+0.16

L. T. Maud, R. Cesaroni외 29명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2018. 10. 09.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 144인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 0.2 arcsecond 해상도의 ALMA 관측을 통해 질량이 큰 원형성성성 G17.64+0.16를 분석하여, 약 200 au 반경의 밀도 높은 케플러 운동을 보이는 SiO 디스크와 반경 방향으로 확장되는 디스크 풍을 탐지하였다. 데이터와 H30α 재결합선 방출을 종합하면, 원형성성 수축의 마지막 단계에 있는 20–30 M⊙의 O형 항성으로, 디스크와 풍이 늦은 단계의 거대 항성 형성 시나리오와 일치한다.

ABSTRACT

We present high angular resolution 0.2 arcsec continuum and molecular emission line Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) observations of G17.64+0.16 in Band 6 (220GHz) taken as part of a campaign in search of circumstellar discs around (proto)-O-stars. At a resolution of 400au the main continuum core is essentially unresolved and isolated from other strong and compact emission peaks. At a resolution of 400au the main continuum core is essentially unresolved and isolated from other strong and compact emission peaks. We detect SiO (5-4) emission that is marginally resolved and elongated in a direction perpendicular to the large-scale outflow seen in the 13CO (2-1) line using the main ALMA array in conjunction with the Atacama Compact Array (ACA). Morphologically, the SiO appears to represent a disc-like structure. Using parametric models we show that the position-velocity profile of the SiO is consistent with the Keplerian rotation of a disc around an object between 10-30Mo in mass, only if there is also radial expansion from a separate structure. The radial motion component can be interpreted as a disc wind from the disc surface. Models with a central stellar object mass between 20 and 30Mo are the most consistent with the stellar luminosity (100000 Lo) and indicative of an O-type star. The H30a millimetre recombination line (231.9GHz) is also detected, but spatially unresolved, and is indicative of a very compact, hot, ionised region co-spatial with the dust continuum core. Accounting for all observables, we suggest that G17.64 is consistent with a O-type young stellar object in the final stages of protostellar assembly, driving a wind, but that has not yet developed into a compact HII region. The existance and detection of the disc in G17.64 is likely related to its isolated and possibly more evolved nature, traits which may underpin discs in similar sources.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 ALMA 관측을 통해 (원형)O형 항성 주위의 원성성 디스크를 탐색하기 위해.
• G17.64+0.16의 분자 방출의 운동학적 및 형태학적 구조를 조사하여 디스크 유사 특징을 식별하기 위해.
• SiO 및 H30α 선형형태를 이용하여 중심 물체의 질량을 추정하고 원형성성의 진화 단계를 평가하기 위해.
• 넓은 각도의 분출의 기원과 그가 디스크 및 둘레의 원시 성운과의 상호작용을 탐구하기 위해.

제안 방법

• 220–230 GHz 대역에서 0.2 arcsecond의 고해상도 ALMA Band 6 관측을 통해-dust 연속방출 및 분자 선 방출을 이미징하기 위해.
• SiO (5–4) 방출의 매개변수 모델링을 통해 케플러 운동과 반경 방향 확장을 적합하여 디스크 및 풍 성분을 구분하기 위해.
• CH3CN 및 CH3OH 열 방출을 OH 마이저 위치와 비교하여 내부 분출 채널 벽을 추적하기 위해.
• H30α 재결합선의 너비 및 공간 형태를 분석하여 이온화 핵의 크기와 대체 운동을 추론하기 위해.
• 13CO (2–1) 방출을 이용하여 대규모 분출 구조 및 채널 벽을 맵핑하기 위해.
• 주 ALMA 어레이와 아타카마 컴act 어레이(ACA)를 함께 사용하여 확장된 방출을 복원하고 동적 범위를 향상시키기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SiO 방출 형태와 운동학에 따라 G17.64+0.16가 거대 원형성성 주위에 원성성 디스크를 갖는가?
• RQ2 SiO 디스크의 케플러 운동으로부터 유추되는 중심 물체의 질량은 얼마이며, 항성 빛의 세기와 일치하는가?
• RQ3 넓은 H30α 선 너비와 압축된 방출은 중심 영역의 이온화 및 대체 운동과 어떻게 관련되는가?
• RQ4 기울어진 형태의 CH3CN 및 CH3OH 플룸의 기원은 무엇이며, 분출 및 마이저 방출과 어떻게 관련되는가?
• RQ5 SiO 방출의 반경 방향 확장은 디스크 풍에 의해 가장 잘 설명되는가? 그리고 이는 대규모 분출 방향과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• SiO (5–4) 방출은 약간 해상도가 높고, 대규모 CO 분출과 수직인 방향으로 기름지게 되어 있으며, 위치-속도 프로파일이 디스크 내 케플러 운동과 일치한다.
• 모델링 결과 중심 물체 질량은 10에서 30 M⊙ 사이이며, 최적 적합 모델은 20–30 M⊙로, O형 항성과 1×10⁵ L⊙의 빛의 세기와 일치한다.
• SiO 방출의 반경 방향 속도 성분은 별도의 반경 방향 확장된 구조에 의해 가장 잘 설명되며, 이는 디스크 표면에서 발생하는 디스크 풍으로 해석된다.
• 압축된 H30α 방출(FWHM = 81.9 km s⁻¹)은 공간적으로 해상도가 없으며, 뜨겁고 이온화된 핵과 일치하여 지속적인 이온화와 풍 주입을 시사한다.
• CH3CN 및 CH3OH 방출은 디스크 평면에서 멀어지는 곡선형 플룸을 따라 퍼져 있으며, OH 마이저와 겹치며 넓은 각도의 풍의 내부 표면을 나타내는 것으로 추정된다.
• 이 소스는 고립되어 있으며, 압축된 H II 영역이 없어, 완전한 H II 영역 형성 이전의 원형성성 수축의 마지막 단계에 있을 것으로 시사된다.