[논문 리뷰] Outflows, infall and evolution of a sample of embedded low-mass protostars. The William Herschel Line Legacy (WILL) survey

J. C. Mottram, E. F. van Dishoeck외 23명|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|2017. 01. 17.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 149인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 허셜 및 지상 관측을 통해 49개의 근접한 낮은 질량의 임베디드 저질량 원형성성성성에서의 유출, 유입 및 진화를 유속 제한 샘플을 이용해 분석한다. 유황 발광은 유출에서 충격을 더 잘 추적하며, 유출 힘과 외부 물질에 대한 질량 비율은 Class 0에서 Class I로의 진화 동안 비교적 일정하게 유지되며, 이는 핵심에서 별로의 형성 효율이 약 50%이고 유출 작동 주기가 약 5%임을 시사한다.

ABSTRACT

[Abridged] We present spectroscopic observations in H$_{2}$O, CO and related species with extit{Herschel} HIFI and PACS, as well as ground-based follow-up with the JCMT and APEX in CO, HCO$^{+}$ and isotopologues, of a sample of 49 nearby ($d

연구 동기 및 목표

• 수증기 및 고J CO의 고해상도 스펙트로스코피를 이용해 원형성성성 유출의 물리적·화학적 조건을 조사하기 위해.
• Class 0에서 Class I 원형성성성으로의 진화 동안 유출 특성, 외부 물질 질량 및 응축 속도의 변화를 규명하기 위해.
• 충격과 유인 효율이 유출을 어떻게 이끄는지, 그리고 볼로메트릭 빛의 세기와 외부 물질 질량과의 관련성을 평가하기 위해.
• 단일 안테나 관측에서 HCO⁺ 및 H₂O의 유입 서명의 탐지 가능성에 대해 샘플 전반에서 검토하기 위해.
• 통계적으로 신뢰할 수 있는 유속 제한 샘플을 사용하여 유출 힘, 응축 속도 및 진화 단계 간의 관계를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 스피터 및 허셜 광학 조사에서 유래한 49개의 근접한 (d < 500 pc) 원형성성성 후보자들을 대상으로 허셜 HIFI 및 PACS를 이용해 H₂O, CO 및 관련 종류의 스펙트로스코픽 관측을 수행하였다.
• 저J 전이를 관측하기 위해 JCMT 및 APEX에서 지상 관측을 수행하여 CO, HCO⁺ 및 이소토프올로깅을 관측하였다.
• 근적외선에서 밀리미터 파장까지의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 편성하여 볼로메트릭 빛의 세기(L_bol), 볼로메트릭 온도(T_bol), 외부 물질 질량(M_env)을 유도하였다.
• 저J CO 선형 프로파일에서 유출 힘을 측정하고, 질량 유출 속도(M_out) 및 동량 유량(F_CO)을 유도하여 유인 효율을 평가하였다.
• O I 및 H₂O 발광을 이용해 응축 활동과 충격 흥분을 조사하였으며, L_bol 및 M_env와의 상관관계를 비교하였다.
• 단일 안테나 데이터에서의 선형 비대칭성과 파랑/빨강 비대칭성을 통해 유입 서명을 평가하였으며, 단일 안테나 데이터에서의 탐지 한계를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Class 0에서 Class I 원형성성성으로의 진화 동안 유출 특성, 예를 들어 힘과 질량 유량은 어떻게 변화하는가?
• RQ2 유출에서 충격(수증기로 추적됨)과 유인된 분자 기체(저J CO로 추적됨) 간의 기여 비율은 각각 얼마인가?
• RQ3 [O i], H₂O, 저J CO 발광은 볼로메트릭 빛의 세기와 외부 물질 질량과 어떻게 상관관계를 가지며, 이러한 상관관계는 응축 활동과 충격 흥분에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 큰 유속 제한 샘플에서 단일 안테나 관측에서 HCO⁺ 및 H₂O의 유입 서명은 어느 정도 탐지 가능한가?
• RQ5 관측된 선형 프로파일과 F_CO / M_acc 비율을 기반으로 유인 효율과 바람이 발생하는 반경은 어떻게 추정되는가?

주요 결과

• 수증기 발광은 주로 유출의 충격과 관련이 있으며, 저J CO로 추적되는 더 차가운, 느린 유인 기체와는 다릅니다. 또한 수증기 발광은 볼로메트릭 빛의 세기보다 외부 물질 질량과 더 강하게 상관관계를 가집니다.
• 저J CO에서 측정한 유출 힘은 Class 0에서 Class I로의 진화에 따라 감소하며, 이는 역학적 유출 활동의 감소를 시사합니다.
• 유출 질량과 외부 물질 질량의 비율(M_out / M_env)은 Class 0 및 Class I 모두에서 중앙값 약 1%로 거의 일정하게 유지되며, 이는 약 50%의 핵심에서 별로의 형성 효율과 약 5%의 유출 작동 주기와 일치합니다.
• 유인 효율은 F_CO / M_acc 비율로 정량화되었으며, 이는 원형성성성 및 진화 단계에 관계없이 일정합니다. 중앙값은 약 6.3 km s⁻¹의 바람 발생 반경을 암시하며, 약 1 AU에서 발생할 경우 30–60%의 유인 효율, 더 멀리서 발생할 경우 거의 100%의 유인 효율을 의미합니다.
• [O i] 발광은 L_bol과 강하게 상관관계가 있지만 M_env와는 상관관계가 없으며, 이는 현재의 응축 활동을 추적함을 시사합니다. 반면 저J CO는 유출의 역학적 시간 스케일 동안의 평균 응축 활동을 추적합니다.
• 기대와는 달리, 단일 안테나 관측에서 HCO⁺ 및 H₂O의 유입 서명은 큰 유속 제한 샘플에서도 약하고 발견하기 어려운 편이며, 이는 확장된 차가운 외부 물질에서의 유입 탐지에 한계가 있음을 시사합니다.