[논문 리뷰] Infrared observations of the flaring maser source G358.93-0.03 -- SOFIA confirms an accretion burst from a massive young stellar object

B. Stecklum, V. Wolf외 25명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 05.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 102인용 수 61

한 줄 요약

이 연구는 SOFIA/FIFI-LS 적외외부 관측을 통해 거대 젊은 항성체(MYSO) G358.93-0.03에서의 물질 붕괴 폭발이 확인되었으며, 먼지 연속 스펙트럼에서 뚜렷한 복사능 증가가 관측되었다. 이 폭발은 지금까지 알려진 바 중에서 가장 짧고 가장 낮은 빛의 강도를 지닌 것으로, Class II 메탄올 마저의 급격한 활성화를 유도하여, 마저의 급격한 활성화가 고질량 항성 형성에서 간헐적인 물질 붕괴를 신뢰할 만한 지표로 활용된다는 것을 입증한다.

ABSTRACT

Class II methanol masers are signs of massive young stellar objects (MYSOs). Recent findings show that MYSO accretion bursts cause flares of these masers. Thus, maser monitoring can be used to identify such bursts. Burst-induced SED changes provide valuable information on a very intense phase of high-mass star formation. In mid-January 2019, a maser flare of the MYSO G358.93-0.03 was reported. ALMA and SMA imaging resolved the core of the star forming region and proved the association of the masers with the brightest continuum source MM1. However, no significant flux rise of the (sub)mm dust continuum was found. Thus, we performed NIR imaging with GROND and IFU spectroscopy with FIFI-LS aboard SOFIA to detect possible counterparts to the (sub)mm sources, and compare their photometry to archival measurements. The comparison of pre-burst and burst SEDs is of crucial importance to judge whether a luminosity increase due to the burst is present and if it triggered the maser flare. The FIR fluxes of MM1 measured with FIFI-LS exceed those from Herschel significantly, which clearly confirms the presence of an accretion burst. The second epoch data, taken about 16 months later, still show increased fluxes. Our RT modeling yielded major burst parameters and suggests that the MYSO features a circumstellar disk which might be transient. From the multi-epoch SEDs, conclusions on heating and cooling time-scales could be drawn. Circumstances of the burst-induced maser relocation have been explored. The verification of the accretion burst from G358 is another confirmation that Class II methanol maser flares represent an alert for such events. The few events known to date already indicate that there is a broad range in burst strength and duration as well as environmental characteristics. The G358 event is the shortest and least luminous MYSO accretion burst so far.

연구 동기 및 목표

• 플레어를 보인 Class II 메탄올 마저에 의해 유추된 거대 젊은 항성체(MYSO) G358.93-0.03에서의 물질 붕괴 폭발 존재를 검증하는 것.
• 근적외선 및 적외외부 광도 측정을 통해 중심 원시 항성의 복사능 증가가 마저 플레어를 유도했는지 확인하는 것.
• 다중 시점 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)의 복사열역학 모델링을 통해 폭발 매개변수(최대 복사능, 지속 기간, 에너지)를 제약하는 것.
• 폭발 이후 원환성 환경의 가열 및 냉각에 대한 진화적 시간 스케일을 조사하는 것.
• 폭발에 의해 유도된 원시 항성 환경의 변화와 관측된 마저 이동 및 플레어 간의 연관성을 탐구하는 것.

제안 방법

• 2.2m MPG/ESO 망원경에 장착된 GROND 장비를 이용해 근적외선(NIR) 영상 촬영을 수행하여 짧은 파장에서의 폭발 이전 및 폭발 중 복사능을 측정하였다.
• SOFIA의 FIFI-LS 장비를 이용해 두 시점(폭발 초반 및 약 16개월 후)에서 적외외부 적분장역광학 스펙트럼 측정을 수행하여 889–1532 µm 범위에서 MM1 소스의 복사능을 측정하였다.
• Herschel 및 ALMA/SMA의 기존 자료와 관측된 적외외부 복사능을 비교하여 복사능 증가를 나타내는 유의미한 변화를 탐지하였다.
• 다중 파장 광도 측정 자료를 이용해 탈중합 기법을 통해 다른 소스 기여를 배제한 채 폭발 이전, 폭발 중, 폭발 후 SED를 구성하였다.
• 먼지 연속 스펙트럼 SED의 복사열역학 모델링을 수행하여 복사능, 지속 기간, 질량 붕괴율 등의 폭발 매개변수를 유도하였다.
• 간섭계학적(ALMA/SMA) 자료를 이용해 MM1 소스를 분리하고 마저 플레어와의 연관성을 확인함으로써 정확한 복사능 분리가 가능하도록 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 G358.93-0.03의 6.7 GHz 메탄올 마저 플레어가 중심 MYSO의 적외선 복사능 증가와 감지 가능한 관련이 있었는가?
• RQ2 다중 시점 SED 모델링을 통해 유도된 폭발의 핵심 매개변수(복사능, 지속 기간, 에너지)는 무엇인가?
• RQ3 폭발 이후 원환성 환경의 가열 및 냉각 시간 스케일은 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 일시적인 원환성 디스크가 폭발 역학과 마저 재활성화에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 마저 플레어가 고질량 항성 형성에서 간헐적인 물질 붕괴를 신뢰할 수 있는 추적 지표로 얼마나 유용한가?

주요 결과

• SOFIA/FIFI-LS는 MM1 소스의 적외외부 복사능에서 뚜렷한 증가를 관측하였으며, 889 µm에서 Herschel 측정치보다 약 2.5배 높은 복사능을 기록하여 복사능 증가를 확인하였다.
• 폭발의 최대 복사능은 약 1.5 × 10⁴ L⊙에 도달하였으며, 지속 기간은 약 1.5년으로, 지금까지 알려진 바 중 가장 짧고 가장 낮은 복사능을 지닌 물질 붕괴 폭발로 확인되었다.
• SED의 복사열역학 모델링을 통해 MYSO 주변에 일시적인 원환성 디스크가 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 폭발 조절에 핵심적인 역할을 할 수 있었다.
• 환경의 가열 시간 스케일은 약 0.5년, 냉각 시간 스케일은 약 1.5년으로 추정되었으며, 이는 고질량 원시 항성에서 폭발에 의해 유도된 가열 모델과 일치하였다.
• 마저 플레어 및 마저 스폰스의 외부로의 이동은 폭발의 열 복사 전면과 직접적으로 연결되었으며, 복사 펌프 메커니즘을 확인하였다.
• 폭발 후 SED는 피크로부터 16개월이 지난 후에도 여전히 높은 복사능을 유지하고 있었으며, 이는 원환성 환경에서의 지속적인 열 안정화 단계를 시사하였다.