[논문 리뷰] Jet multiplicity in the proto-binary system NGC1333-IRAS4A. The detailed CALYPSO IRAM-PdBI view

G. Santangelo, C. Codella외 11명|arXiv (Cornell University)|2015. 11. 04.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 56인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 CALYPSO 설문조사를 통해 확보한 고해상도 ALMA 유사 sub-arcsecond mm 관측을 활용하여 NGC1333-IRAS4A 이중성 원시성계의 두 원시성에서 분리된 분출제를 분석한다. A1 분출제는 빠르고, 압축되어 있으며, 매우 젊은(역학적 timescale ≤1000 yr) 것으로 나타났으며, 고속 충격 가스 방출과 함께 뜨거운 코로노 화학이 없고, 반면 A2 분출제는 느리고, 진동하며, 복잡한 유기 분자와 연관되어 있어 더 진화된 상태임을 시사한다. 결과적으로 A1이 A2보다 더 젊다는 것이 밝혀졌으며, 이는 원시이중성계에서의 비대칭 진화에 대한 직접적인 증거를 제공한다.

ABSTRACT

Owing to the paucity of sub-arcsecond (sub)mm observations required to probe the innermost regions of newly forming protostars, several fundamental questions are still being debated, such as the existence and coevality of close multiple systems. We study the physical and chemical properties of the jets and protostellar sources in the NGC1333-IRAS4A proto-binary system using continuum emission and molecular tracers of shocked gas. We observed NGC1333-IRAS4A in the SiO(6-5), SO(6_5-5_4), and CO(2-1) lines and the continuum emission at 1.3, 1.4, and 3 mm using the IRAM Plateau de Bure Interferometer in the framework of the CALYPSO large program. We clearly disentangle for the first time the outflow emission from the two sources A1 and A2. The two protostellar jets have very different properties: the A1 jet is faster, has a short dynamical timescale (<10^3 yr), and is associated with H2 shocked emission, whereas the A2 jet, which dominates the large-scale emission, is associated with diffuse emission, bends, and emits at slower velocities. The observed bending of the A2 jet is consistent with the change of propagation direction observed at large scale and suggests jet precession on very short timescales (~200-600 yr). In addition, a chemically rich spectrum with emission from several COMs (e.g. HCOOH, CH3OCHO, CH3OCH3) is only detected towards A2. Finally, very high-velocity shocked emission (~50 km s^-1) is observed along the A1 jet. An LTE analysis shows that SiO, SO, and H2CO abundances in the gas phase are enhanced up to (3-4)x10^{-7}, (1.4-1.7)x10^{-6}, and (3-7.9)x10^{-7}, respectively. The intrinsic different properties of the jets and driving sources in NGC1333-IRAS4A suggest different evolutionary stages for the two protostars, with A1 being younger than A2, in a very early stage of star formation previous to the hot-corino phase.

연구 동기 및 목표

• sub-arcsecond 해상도에서 NGC1333-IRAS4A 원시이중성계의 내부 분출 구조를 해소한다.
• 분자 트레이서와 연속분광을 활용하여 두 원시성 A1 및 A2의 분출 방출을 분리한다.
• 분출 및 원시성 간의 물리적·화학적 차이를 조사하여 그 진화 단계를 추론한다.
• 관측된 분출 특성이 연령, 질량 또는 기울기의 차이로 설명 가능한지 테스트한다.
• 특히 A2 주변에서의 뜨거운 코로노 화학의 존재 및 특성을 규명한다.

제안 방법

• 1.3, 1.4, 그리고 3 mm에서 IRAM Plateau de Bure 간섭계를 사용하여 sub-arcsecond 해상도를 확보한 관측을 수행하였다.
• 충격 가스 및 분출 운동을 추적하기 위해 SiO(6–5), SO(6 5–5 4), CO(2–1)의 스펙트럼선 데이터를 확보하였다.
• 1.3 및 1.4 mm에서의 연속분광을 활용하여 원시성 소스 A1 및 A2를 식별하고 특성화하였다.
• 충격 영역 내 SiO, SO, H2CO의 기체상 농도를 유도하기 위해 LTE 분석을 적용하였다.
• 공간적 및 속도 해상도가 있는 방출 지도를 사용하여 분출 형태, 역학적 timescale, 진동을 분석하였다.
• 복잡한 유기 분자(예: HCOOH, CH3OCHO, CH3OCH3)의 화학적 진단을 활용하여 뜨거운 코로노 화학의 존재를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC1333-IRAS4A의 두 원시성에서 유래한 분출제는 물리적으로 구별 가능하며, sub-arcsecond 해상도에서 그 방출을 분리할 수 있는가?
• RQ2 A1 및 A2 분출제의 역학적 timescale와 속도는 무엇이며, 이는 그들의 연령에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 왜 복잡한 유기 분자 방출은 A2에서만 관측되고 A1에서는 관측되지 않는가?
• RQ4 관측된 A2 분출제의 굽힘은 분출 진동과 일치하는가? 그리고 그 시간스케일은 얼마인가?
• RQ5 분출 특성의 차이를 원시성 질량, 기울기 또는 진화 단계의 차이로 설명할 수 있는가?

주요 결과

• A1 분출제는 빠르고, 압축되어 있으며, 역학적 timescale가 ≤1000 yr로 매우 초기 진화 단계임을 시사한다.
• A2 분출제는 느리고, 공간적으로 확장되어 있으며(4′ 이상의 확장), 약 200–600년의 시간스케일에서 발생하는 진동과 일치하는 굽은 형태를 보인다.
• 고속 충격 방출(약 50 km s⁻¹)은 A1 분출제를 따라만 관측되며, 최근 강한 충격 흥분이 발생했음을 시사한다.
• A1 분출제 내에서 SiO, SO, H2CO의 기체상 농도는 각각 3–4 × 10⁻⁷, 1.4–1.7 × 10⁻⁶, 3–7.9 × 10⁻⁷의 비율로 증가해 있다.
• 복잡한 유기 분자(예: HCOOH, CH3OCHO, CH3OCH3)는 A2 쪽에서만 관측되어 뜨거운 코로노 환경이 화학적으로 풍부함을 시사한다.
• A1에서 감지되지 않는 뜨거운 코로노 화학은 더 낮은 내부 복사량과 더 이른 진화 단계임을 시사하며, A1이 A2보다 더 젊다는 가설을 뒷받침한다.