[논문 리뷰] Mid-infrared interferometry of massive young stellar objects. I. VLTI and Subaru observations of the enigmatic object M8E-IR

H. Linz, Th. Henning외 11명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2009. 07. 02.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 26인용 수 22

한 줄 요약

이 연구는 VLTI/MIDI와 Subaru/COMICS를 이용한 중적외선 간섭계를 통해 M8E-IR을 30 밀리초보(45 AU)로 분해하여, 최근 높은 질량 축적으로 인해 강하게 팽창하고 냉각된 중심 항성(10–15 M⊙, R > 100 R⊙)을 규명하였다. 복사 전달 모델링 결과, 100 AU 이상의 원형주위 디스크에 대한 결정적인 증거는 없지만, 확장된 껍질이 필요하며, 이는 FU Orionis 유형의 활동을 겪고 있을 가능성을 시사한다.

ABSTRACT

[abridged] Our knowledge of the inner structure of embedded massive young stellar objects is still quite limited. We attempt here to overcome the spatial resolution limitations of conventional thermal infrared imaging. We employed mid-infrared interferometry using the MIDI instrument on the ESO/VLTI facility to investigate M8E-IR, a well-known massive young stellar object suspected of containing a circumstellar disk. Spectrally dispersed visibilities in the 8-13 micron range were obtained at seven interferometric baselines. We resolve the mid-infrared emission of M8E-IR and find typical sizes of the emission regions of the order of 30 milli-arcseconds (~45 AU). Radiative transfer simulations have been performed to interpret the data. The fitting of the spectral energy distribution, in combination with the measured visibilities, does not provide evidence for an extended circumstellar disk with sizes > 100 AU but requires the presence of an extended envelope. The data are not able to constrain the presence of a small-scale disk in addition to an envelope. In either case, the interferometry measurements indicate the existence of a strongly bloated, relatively cool central object, possibly tracing the recent accretion history of M8E-IR. In addition, we present 24.5 micron images that clearly distinguish between M8E-IR and the neighbouring ultracompact HII region and which show the cometary-shaped infrared morphology of the latter source. Our results show that IR interferometry, combined with radiative transfer modelling, can be a viable tool to reveal crucial structure information on embedded massive young stellar objects and to resolve ambiguities arising from fitting the SED.

연구 동기 및 목표

• 중대량 청소년별성물체(MYSOs), 특히 M8E-IR을 연구하는 데 있어 전통적인 중적외선 영상의 공간 해상도 한계를 극복하기 위해.
• 특히 원형주위 디스크 또는 껍질의 존재 여부를 포함한 M8E-IR의 내부 원형주위 환경의 기하학적 및 물리적 구조를 규명하기 위해.
• 관측된 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 간섭계 가시도가 고전 모델에서 가정하는 것처럼 뜨거운 중심 항성과 구형 껍질을 갖는 데 일치하는지 테스트하기 위해.
• 최근 강한 질량 축적 사건, 예를 들어 FU Orionis 유형의 활동을 기반으로 관측된 항성 팽창과 감지 가능한 이온화 영역의 부재를 고려하여 조사하기 위해.

제안 방법

• 10–100 m 기준선에서 ESO의 Very Large Telescope Interferometer(VLTI)에 탑재된 MIDI 기구를 이용해 8–13 μm 범위에서 스펙트럼 분산 가시도를 포함한 중적외선 간섭계를 수행하였다.
• Subaru 망원경에 탑재된 COMICS 기구를 이용해 24.5 μm 및 10.5 μm 영상 촬영을 수행하여 소스 환경을 연구하고 M8E-IR이 인근 초소형 H II 영역과 구별되도록 하였다.
• Robitaille 등(2007)의 격자 모델을 이용해 SED 및 간섭계 가시도에 적합한 복사 전달 모델링을 수행하였으며, 원형주위 디스크 유무의 모델을 포함하였다.
• 모델 예측을 관측된 가시도 및 SED와 비교하기 위해 중심 항성 질량, 반경, 질량 축적률이 다양하게 설정된 프로스타르 모델의 격자를 사용하였다.
• 공간 주파수 의존성과 소스 크기 및 비대칭성을 추론하기 위해 (u,v)-평면 가시도 스펙트럼을 분석하였다.
• 반경 대칭성의 편차를 집중적으로 분석하기 위해 12 μm 가시도 스펙트럼의 기울기 평균 컷을 사용하여 모델 예측과 데이터를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 추측된 바와 같이 M8E-IR의 중적외선 복사가 100 AU 이상인 원형주위 디스크에서 기인하는가?
• RQ2 관측된 SED 및 간섭계 가시도 프로파일이 고전 모델에서 가정하는 것처럼 뜨거운 중심 항성과 구형 대칭 껍질을 둘러싸고 있는가?
• RQ3 긴 기준선에서 관측된 높은 가시도는 최근의 높은 질량 축적으로 인해 발생한 팽창하고 냉각된 중심 항성에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ4 확장된 껍질이 관측된 중적외선 복사의 형태를 결정짓는 데 어떤 역할을 하는가? 그리고 디스크가 필요 없이도 데이터를 설명할 수 있는가?
• RQ5 항성의 팽창과 감지 가능한 이온화 영역의 부재를 바탕으로 M8E-IR에서 최근 FU Orionis 유형의 활동이 있었는지 증거가 있는가?

주요 결과

• M8E-IR의 중적외선 복사는 약 30 밀리초보(45 AU)의 크기 척도에서 분해되었으며, 거리 1.25–1.5 kpc일 경우 물리적 척도 약 45 AU에 해당한다.
• 측정된 가시도는 뜨거운 중심 항성과 구형 껍질을 가진 고전 모델이 예측하는 것보다 현저히 높아, 표준 가정과의 이격을 시사한다.
• 최적의 맞춤 복사 전달 모델은 10–15 M⊙의 중심 항성으로, 강하게 팽창(100 R⊙ 이상)하고 있으며 효과 온도가 5000 K 이하인 것을 요구한다. 이는 높은 질량 축적률과 일치한다.
• 100 AU 이상의 원형주위 디스크에 대한 결정적인 증거는 없으며, 디스크가 있는 모델과 없는 모델 모두 확장된 껍질을 포함할 경우 SED 및 가시도에 대해 유사한 적합도를 보인다.
• 간섭계 데이터는 압축된 뜨거운 중심 소스와 일치하지 않으며, 대신 공간적으로 확장되고 냉각되며 팽창된 중심 물체를 지지한다. 이는 최근의 질량 축적 역사를 반영할 수 있다.
• Subaru 24.5 μm 영상에서는 M8E-IR이 인근 초소형 H II 영역과 명확히 분리되었으며, 후자의 코메트형 형태를 확인하였고, 감지 가능한 cm 연속체 소스가 없음을 확인하여 고질량 질량 축적으로 인해 억제된 H II 영역임을 뒷받침한다.