[논문 리뷰] Cometary shaped sources at the Galactic Center - Evidence for a wind from the central 0.2 pc

K. Mužić, A. Eckart외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 04.

Astrophysical Phenomena and Observations참고 문헌 42인용 수 34

한 줄 요약

논문은 은하중심 주변 Sgr A* 근처의 별모양의 소스 X3와 X7가 단순한 항성 바람만으로는 형성되지 않고, 빠르고 축열된 은하중심 바람에 의해 생성된 버드박격(bow shock)임을 증거로 제시한다. 모델링 결과, 바람은 매크로스터의 집합 또는 Sgr A* 자체에서 기인하며, 반경에 따라 변화하는 비효율적인 물질 유입 흐름과 일치하는 동역학적 운동량 유량을 가져야 하며, 이는 높은 속도로 물질을 밀어내어 충격면의 기울어진 형태와 높은 운동속도(~300 km s⁻¹)를 설명한다.

ABSTRACT

In 2007 we reported two cometary shaped sources in the vicinity of Sgr A* (0.8" and 3.4" projected distance), named X7 and X3. The symmetry axes of the two sources are aligned to within 5 degrees in the plane of the sky and the tips of their bow-shocks point towards Sgr A*. Our measurements show that the proper motion vectors of both features are pointing in directions more than 45 deg away from the line that connects them with Sgr A*. This misalignment of the bow-shock symmetry axes and their proper motion vectors, combined with the high proper motion velocities of several 100 km/s, suggest that the bow-shocks must be produced by an interaction with some external fast wind, possibly coming from Sgr A*, or stars in its vicinity. We have developed a bow-shock model to fit the observed morphology and constrain the source of the external wind. The result of our modeling allows us to estimate the velocity of the external wind, making sure that all likely stellar types of the bow-shock stars are considered. We show that neither of the two bow-shocks (one of which is clearly associated with a stellar source) can be produced by influence of a stellar wind of a single mass-losing star in the central parsec. Instead, an outflow carrying a momentum comparable to the one contributed by the ensemble of the massive young stars, can drive shock velocities capable of producing the observed cometary features. We argue that a collimated outflow arising perpendicular to the plane of the clockwise rotating stars (CWS), can easily account for the two features and the mini-cavity. However, the collective wind from the CWS has a scale of >10''. The presence of a strong, mass-loaded outbound wind at projected distances from Sgr A* of <1'' is in fact in agreement with models that predict a highly inefficient accretion onto the central black hole due to a strongly radius dependent accretion flow.

연구 동기 및 목표

• X3와 X7의 기울어진 복사형 충격 형태를 설명하기 위해, 이들이 운동 방향 벡터와 일치하지 않는 이유를 밝히는 것.
• 관측된 특징이 단일 항성 바람으로만 생성 가능한지, 아니면 외부 바람이 필요로 하는지 판단하는 것.
• 복사형 특징을 형성하는 데 기여한 외부 바람의 성질을 제약 조건으로 설정하는 것.
• Sgr A*에 대한 비효율적인 물질 유입의 맥락에서 바람의 기원을 조사하는 것.
• 바람이 중심 블랙홀이 아닌, 시계방향으로 도는 별 집합(CWS)에 의해 구동되는지 평가하는 것.

제안 방법

• 2002년부터 2008년까지 7개의 에포크 동안 NACO/VLT 장비를 사용해 L’-밴드(3.8 μm) 영상 촬영을 통해 X3와 X7의 운동속도를 측정한 다중 에포크 관측.
• 초음속 바람 상호작용의 유체역학 원리를 적용해 관측된 형태와 정지거리(standoff distance)를 맞추기 위한 복사형 충격 모델링.
• 외부 바람에 의해 생성된 복사형 충격의 이론적 모델과 관측된 충격 기하학을 비교하여 바람 속도와 운동량 유량을 계산.
• 중앙 페르세크 내의 모든 가능한 항성 유형(워프-레이트 및 [WC]-형 항성 포함)을 고려해 가능한 항성 바람 원천을 평가.
• 바람의 공간 척도(≤1 arcsec)를 CWS의 집합 바람 척도(~10 arcsec)와 비교.
• 반경에 따라 변화하는 물질 유입 흐름의 이론적 모델을 통합해 관측된 질량 손실률(~10⁻³ M⊙ yr⁻¹)과 바람 분출과의 일관성을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 X3와 X7의 관측된 복사형 충격 형태는 단일 항성 바람으로 설명될 수 있는가, 아니면 외부 바람이 필요한가?
• RQ2 관측된 충격 특징을 생성할 수 있는 외부 바람의 속도와 운동량 유량은 무엇인가?
• RQ3 이 바람은 중심 블랙홀 Sgr A* 또는 시계방향으로 도는 별 집합의 집합 바람에 의해 구동되는가?
• RQ4 X3, X7 및 미니공극의 공간적 정렬은 공동 기원인 축열 유출과 일치하는가, 아니면 이를 반박하는가?
• RQ5 Sgr A*에서 1 arcsec 미만의 투영 거리에 강력하고 질량이 많은 바람이 존재하는 것은 비효율적인 물질 유입 이론 모델과 일치하는가?

주요 결과

• X3와 X7의 대칭축은 5° 이내로 정렬되어 있으며 Sgr A*를 향해 향하지만, 운동속도 벡터는 45° 이상 기울어져 있어, 정적 매질을 통한 운동이 아니라 외부 바람의 존재를 시사한다.
• 특징의 운동속도는 약 300 km s⁻¹로, 단일 항성이 정적 간성간성매질을 통과할 때 발생할 수 있는 속도보다 훨씬 높다.
• X3나 X7는 어느 한 개의 질량 손실 항성으로도 생성될 수 없으며, 필요한 바람의 운동량은 중심 페르세크 내의 어떤 개별 항성도 초월한다.
• 관측된 복사형 충격은 중심 페르세크의 거대 젊은 항성 집합 전체의 운동량 유량과 유사한 집합 바람이 필요하다.
• 시계방향으로 도는 별 집합(CWS)의 평면에 수직인 축열 유출은 X3, X7, 그리고 미니공극을 동시에 설명할 수 있으며, 개구각은 약 30°이다.
• Sgr A*에서 1 arcsec 이내의 투영 거리에 강력하고 질량이 많은 바람이 존재하는 것은 반경에 따라 변화하는 비효율적인 물질 유입 흐름 모델과 일치하며, 대부분의 유입 물질을 고속으로 밀어내는 것으로 설명된다.