[논문 리뷰] First results from the CALYPSO IRAM-PdBI survey - III. Monopolar jets driven by a proto-binary system in NGC1333-IRAS2A

C. Codella, A. Maury외 5명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 26.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 42인용 수 26

한 줄 요약

IRAM PdBI에서 수행한 고해상도(0.8 arcsec) ALMA 유사 관측을 통해 이 연구는 NGC1333-IRAS2A를 원시 이중성 시스템으로 분해하여, 두 개의 별개이면서 본질적으로 단극성 jet을 드러내었다: MM1에서 발생하는 빠르고 덩어리진 청색 이동 jet과 MM2에서 발생하는 느린 적색 이동 jet. 이 jet들은 고진동 상태의 SiO와 SO 방출을 통해 추적되며, 역학적 시간스케일이 ≤90년 이내로, 100년 미만의 단기적·간헐적인 분출이 원시성에서 발생하고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Context: The earliest evolutionary stages of low-mass protostars are characterised by hot and fast jets which remove angular momentum from the circumstellar disk, thus allowing mass accretion onto the central object. However, the launch mechanism is still being debated. Aims: We would like to exploit high-angular (~ 0.8") resolution and high-sensitivity images to investigate the origin of protostellar jets using typical molecular tracers of shocked regions, such as SiO and SO. Methods: We mapped the inner 22" of the NGC1333-IRAS2A protostar in SiO(5-4), SO(65-54), and the continuum emission at 1.4 mm using the IRAM Plateau de Bure interferometer in the framework of the CALYPSO IRAM large program. Results: For the first time, we disentangle the NGC1333-IRAS2A Class 0 object into a proto-binary system revealing two protostars (MM1, MM2) separated by ~ 560 AU, each of them driving their own jet, while past work considered a single protostar with a quadrupolar outflow. We reveal (i) a clumpy, fast (up to |V-VLSR| > 50 km/s), and blueshifted jet emerging from the brightest MM1 source, and (ii) a slower redshifted jet, driven by MM2. Silicon monoxide emission is a powerful tracer of high-excitation (Tkin > 100 K; n(H2) > 10^5 cm-3) jets close to the launching region. At the highest velocities, SO appears to mimic SiO tracing the jets, whereas at velocities close to the systemic one, SO is dominated by extended emission, tracing the cavity opened by the jet. Conclusions: Both jets are intrinsically monopolar, and intermittent in time. The dynamical time of the SiO clumps is < 30-90 yr, indicating that one-sided ejections from protostars can take place on these timescales.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭계 데이터를 사용하여 NGC1333-IRAS2A의 4극자 방출의 성격을 분해한다.
• 최기 Class 0 단계의 원시성 jet의 기원 메커니즘과 운동학을 조사한다.
• 이 시스템이 단일 원시성인지 이중성인지를 확인하고, 개별 jet의 특성을 규명한다.
• SiO와 SO가 원시성 jet의 고진동 상태 충격 가스를 추적하는 데 어떤 역할을 하는지 평가한다.
• jet 분출의 역학적 시간스케일을 제약하고, 저질량 항성 형성에서의 간헐적 질량 손실에 대한 함의를 분석한다.

제안 방법

• IRAM Plateau de Bure Interferometer(PdBI)를 사용하여 NGC1333-IRAS2A 영역의 부분초당(0.8 arcsec) 간섭계 관측을 수행하였다.
• 충격 가스와 원시성 핵을 탐사하기 위해 SiO(5–4), SO(6–5), 및 1.4 mm 연속 방출을 내부 22 arcsec 범위에 대해 맵핑하였다.
• H2 충돌률을 사용한 RADEX 비-LTE 복사전달 코드를 적용하여 선 밝기 온도에서 운동온도와 H2 밀도를 유도하였다.
• 충격 가스(고속도)와 캐비티 방출(저속도)을 구분하기 위해 SiO 및 SO 선 프로파일과 공간 분포를 비교하였다.
• 채널 맵과 위치-속도도를 분석하여 jet의 형태, 속도 구조, 역학적 시간스케일을 추적하였다.
• 속도 해상도 영상 기법을 적용하여 jet(고속도)와 캐비티(근접계속 속도)의 방출을 분리하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC1333-IRAS2A의 4극자 방출은 단일 원시성에 의해 주도되는가, 아니면 이중성 시스템에 의해 주도되는가?
• RQ2 각 원시성과 관련된 개별 jet의 운동학적 및 형태학적 특성은 무엇인가?
• RQ3 SiO와 SO 방출은 jet 및 캐비티 구조의 서로 다른 구성요소를 어떻게 추적하는가?
• RQ4 jet 분출의 역학적 시간스케일은 무엇이며, 이는 간헐적 질량 손실에 대해 어떤 함의를 지니는가?
• RQ5 SiO와 SO는 jet 기원 영역 근처의 고진동 상태 충격 가스를 신뢰할 수 있는 추적자로 얼마나 잘 활용할 수 있는가?

주요 결과

• NGC1333-IRAS2A 시스템은 ~560 AU 간격으로 분리된 원시 이중성으로 분해되었으며, 이중성의 두 원시성(MM1 및 MM2)으로 구성되어 있다.
• MM1은 빠르고 덩어리진, 청색 이동된 jet을 주도하며, 속도는 |V – V_LSR| ≥ 50 km s⁻¹에 이르며, MM2는 느린 적색 이동 jet을 주도한다.
• SiO(5–4) 방출은 jet 기저부에서 고진동 상태 가스(T_kin ≥ 100 K, n_H2 ≥ 10⁵ cm⁻³)를 추적하여, SiO가 충격을 추적하는 데 핵심적인 역할을 함을 확인한다.
• 고속도에서의 SO(6–5) 방출은 SiO와 유사하게 동일한 충격 가스를 추적하지만, 저속도 SO는 방출 캐비티를 추적한다.
• SiO 덩어리의 역학적 시간스케일은 ≤30–90년으로, 한쪽 방향으로의 분출이 짧고 간헐적인 시간스케일에서 발생하고 있음을 시사한다.
• 저속도 SO 방출은 확장된 캐비티 구조를 추적하며, MM1이 정점에 위치해 있어 MHD 디스크 풍 모델과 일치한다.