[논문 리뷰] Outflow Structure and Velocity Field of Orion Source I: ALMA Imaging of SiO Isotopologue Maser and Thermal Emission

Florian Niederhofer, E. M. L. Humphreys외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 09.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 25인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 과학 검증 데이터를 사용하여 오리온 BN/KL 영역의 SiO 이소토폴로그를 이미징하여, Source I에서 연장되는 5,000 AU까지 이르는 복잡한 이중성 유동을 규명하였다. 이는 v=1 J=5-4 전이에서 고주파수(214 GHz) SiO 마이저 방출에 대한 첫 번째 증거를 제공하며, 이는 내부 유동 영역(<100 AU)을 추적하고 향후 고질량 젊은 항성에서 디스크-유동 역학의 고해상도 연구를 가능하게 한다.

ABSTRACT

Using Science Verification data from the Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), we have identified and imaged five rotational transitions (J=5-4 and J=6-5) of the three silicon monoxide isotopologues 28SiO v=0, 1, 2 and 29SiO v=0 and 28Si18O v=0 in the frequency range from 214 to 246 GHz towards the Orion BN/KL region. The emission of the ground-state 28SiO, 29SiO and 28Si18O shows an extended bipolar shape in the northeast-southwest direction at the position of Radio Source I, indicating that these isotopologues trace an outflow (~18 km/s, P.A. ~50deg, ~5000 AU in diameter) that is driven by this embedded high-mass young stellar object (YSO). Whereas on small scales (10-1000 AU) the outflow from Source I has a well-ordered spatial and velocity structure, as probed by Very Long Baseline Interferometry (VLBI) imaging of SiO masers, the large scales (500-5000 AU) probed by thermal SiO with ALMA reveal a complex structure and velocity field, most likely related to the effects of the environment of the BN/KL region on the outflow emanating from Source I. The emission of the vibrationally-excited species peaks at the position of Source I. This emission is compact and not resolved at an angular resolution of ~1.5" (~600 AU at a distance of 420 pc). 2-D Gaussian fitting to individual velocity channels locates emission peaks within radii of 100 AU, i.e. they trace the innermost part of the outflow. A narrow spectral profile and spatial distribution of the v=1 J=5-4 line similar to the masing v=1 J=1-0 transition, provide evidence for the most highly rotationally excited (frequency &gt; 200 GHz) SiO maser emission associated with Source I known to date. The maser emission will enable studies of the Source I disk-outflow interface with future ALMA longest baselines.

연구 동기 및 목표

• ALMA 관측을 통해 오리온 Source I의 대규모 유동 구조와 속도장을 SiO 이소토폴로그를 이용해 맵핑하기.
• 진동적으로(excited) 자극된 SiO 전이에서 열방출과 마이저 방출을 구분하기.
• 1,000 AU 이상의 영역에서 단순한 콘드라운드 모델이 실패하는 동역학적 복잡성을 조사하기.
• v=1 J=5-4 SiO 방출의 성격을 규명하고, 고주파수 마이저 추적자로서의 잠재력을 평가하기.
• 대규모 영역에서 환경 상호작용이 유동 형태를 어떻게 형성하는지 제약 조건 설정하기.

제안 방법

• 214–246 GHz 범위의 ALMA 과학 검증 데이터를 사용하여 28SiO, 29SiO, 및 28Si18O 이소토폴로그의 다섯 개의 회전 전이를 관측하였다.
• 속도 채널에 2차원 가우시안 피팅을 적용하여 방출 최고점 위치를 특정하고 <100 AU 해상도에서 공간적 구조를 맵핑하였다.
• 광도, 파장, 빔의 입체각을 사용하여 밝기 온도(Tb)를 계산하여 열방출과 마이저 방출을 구분하였다.
• 스펙트럼 선형형태와 공간 분포를 기존의 VLBI 마이저 데이터와 비교하여 마이징 행동을 평가하였다.
• 계면 속도와 선형 비대칭성을 분석하여 대규모 영역에서의 속도 기울기나 회전을 배제하였다.
• 13CH3CN에 의한 오염을 고려하였고, 29SiO에서 관측된 고속도 특징의 원인이 되는 것으로 밝혀지지 않았다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 28SiO의 v=1 J=5-4 전이가 200 GHz 이상의 주파수에서 마이저 특성을 보일까?
• RQ2 500–5,000 AU 영역에서 SiO 유동의 공간적 및 속도적 구조는 어떻게 되는가?
• RQ3 모멘트 1 맵에서 관측된 파랑-빨강 비대칭성은 진짜인지, 오염 또는 빔 효과에 의한 잡음인가?
• RQ4 29SiO 방출은 열방출로 기인하는가, 아니면 일부는 마이징에 기인하는가?
• RQ5 BN/KL 영역 내 환경 상호작용은 Source I 유동의 형태와 운동학에 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 기저 상태의 28SiO 및 29SiO 전이가 약 ~5,000 AU까지 이르는 이중성 유동을 추적하며, 약 ~50°의 위치각을 보이며 넓은 각도와 느린 속도(18 km s⁻¹)의 유동과 일치한다.
• v=1 J=5-4 28SiO 방출은 약 1.5'' 빔 크기에서 해상도가 떨어지지 않아, Source I에서 100 AU 이내에서 발생하는 것으로 나타났다.
• 좁은 선 폭(<3.5 km s⁻¹)과 v=1 J=5-4 28SiO 방출의 공간 분포가 마이징 J=1-0 v=1 전이와 밀접하게 일치하며, 이는 고주파수 SiO 마이저(>200 GHz)에 대한 첫 번째 증거를 제공한다.
• v=1 J=5-4 28SiO의 밝기 온도 추정치는 580 K를 초과하여 마이저 방출을 지지하지만, v=0 전이의 경우 낮은 Tb(~50–100 K)로 열방출임을 나타낸다.
• 29SiO에서 관측된 고속도 특징은 13CH3CN에 의한 오염으로 기인하며, 이는 대규모 영역에서의 속도 기울기나 회전을 배제한다.
• 29SiO 방출은 28SiO보다 더 밝으며, 마이저 기여가 가능할 수 있음을 시사하지만, 열방출이 여전히 주요 성분으로 남아 있다.