[논문 리뷰] Physical properties of outflows

P. Bjerkeli, R. Liseau외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 36인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 CO, H2O를 트레이서로 사용하여 세 개의 Class 0 원성성성성운(L1448, VLA 1623, L1157)에서 물리적 외류 특성—운동량 비율(추력)과 기계적 빛의 세기(출력력)—를 비교한다. 고해상도 Herschel/HIFI 및 Spitzer 데이터를 이용해, H2O와 H2에서 유도된 추력과 출력력 추정치는 각각 요인 4와 3 이내에서 CO 기반 값과 일치함을 발견하였으며, 이는 CO가 비록 에 excitations와 발광 영역에서의 차이가 있음에도 불구하고 외류 에너지 특성에 대한 신뢰할 수 있는 트레이서로 남아 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Context. The observed physical properties of outflows from low-mass sources put constraints on possible ejection mechanisms. Historically, these quantities have been derived from CO using ground-based observations. It is, therefore, important to investigate whether parameters such as momentum rate (thrust) and mechanical luminosity (power) are the same when different molecular tracers are used. Aims. Our objective is to determine the outflow momentum, dynamical time-scale, thrust, energy, and power using CO and H2O as tracers of outflow activity. Methods. Within the framework of the Water In Star-forming regions with Herschel (WISH) key program, three molecular outflows from Class 0 sources have been mapped using the Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) instrument aboard Herschel. We used these observations together with previously published H2 data to infer the physical properties of the outflows. We compared the physical properties derived here with previous estimates based on CO observations. Results. Inspection of the spatial distribution of H2O and H2 confirms that these molecules are co-spatial. The most prominent emission peaks in H2 coincide with strong H2O emission peaks and the estimated widths of the flows when using the two tracers are comparable. Conclusions. For the momentum rate and the mechanical luminosity, inferred values are not dependent on which tracer is used, i.e. the values agree to within a factor of 4 and 3, respectively.

연구 동기 및 목표

• 논문은 CO에서 유도된 물리적 외류 파rameter가 H2O와 H2에서 유도된 것과 일치하는지 평가하고자 한다.
• 분자의 트레이서 선택(CO 대비 H2O/H2)이 운동량 비율과 기계적 빛의 세기 추정치에 영향을 미치는지 조사하고자 한다.
• 지상 기반 CO 관측이 원형 환경에 미치는 외류 영향을 추론하는 데 있어 신뢰성 있는지 평가하고자 한다.
• 충격 가스에서 공통된 기원을 가지는지 평가하기 위해 H2O와 H2 방출의 공간적 및 운동학적 공공공간성을 검토하고자 한다.

제안 방법

• 저자들은 Herschel/HIFI 기구를 이용해 세 개의 Class 0 외류(L1448, VLA 1623, L1157)에서 557 GHz의 H2O (110–101)를 고스펙트럼 및 고공간 해상도로 맵핑한다.
• HIFI 데이터를 이전에 발표된 Spitzer의 H2 회전선 데이터와 융합하여 외류의 물리적 특성을 유추한다.
• 질량, 운동량, 운동 에너지, 역학적 시간 상수, 운동량 비율(추력), 기계적 빛의 세기 등의 물리적 파rameter를 표준 외류 진단 기법을 사용해 계산한다.
• H2O와 H2에서 유도된 파rameter를 동일한 소스에 대해 이전에 발표된 CO 기반 추정치와 비교한다.
• 운동량과 에너지 계산에서 선형 투영 효과를 보정하기 위해 기울기 각도를 적용한다.
• 분석은 일정한 풍속 200 km s⁻¹을 가정하고, 운동량(P = M × <v>), 운동 에너지(E = ½M × <v>²), 역학적 시간 상수(tdyn = L / <v>), 운동량 비율(dP/dt = P / tdyn), 기계적 빛의 세기(dE/dt = E / tdyn) 등의 표준 공식을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H2O와 H2에서 유도된 운동량 비율과 기계적 빛의 세기는 Class 0 외류에서 CO에서 유도된 값과 일치하는가?
• RQ2 H2O 방출의 공간 분포는 H2와 CO와 공통공간을 이루는가? 이는 충격 가스에서 공통된 기원을 시사하는가?
• RQ3 H2O와 H2에서 추론된 물리적 특성은 CO에서 유도된 값과 몇 배 이내로 일치하는가? 이는 CO가 신뢰할 수 있는 트레이서임을 뒷받침하는가?
• RQ4 다른 에 excitations 조건과 발광 영역(냉각된 가스 대 온난한 가스)이 외류 파rameter 추정치에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 지상 기반 CO 관측은 외류가 원형 환경에 미치는 에너지 영향을 평가하는 데 충분한가?

주요 결과

• H2O와 H2에서 유도된 운동량 비율(추력)은 세 소스 모두에서 CO 기반 추정치와 요인 4 이내로 일치한다.
• H2O와 H2에서 유도된 기계적 빛의 세기(출력력)는 CO 기반 추정치와 요인 3 이내로 일치하여, CO가 트레이서로서의 강건성을 보여준다.
• H2O와 H2 방출은 공간적으로 공통공간을 이루며, H2에서 강한 방출 피크가 H2O 피크와 일치함으로써 공통된 에 excitations 조건을 시사한다.
• H2O와 H2 트레이서를 사용한 외류 너비 추정치는 유사하여 일관된 운동학적 구조를 지지한다.
• L1448과 L1157의 풍속 질량 손실률은 약 10⁻⁶ M⊙ yr⁻¹으로 추정되며, VLA 1623의 경우 약 10⁻⁷ M⊙ yr⁻¹으로 추정되며, 이는 수축 빛의 세기 모델과 일치한다.
• 작은 편차가 있음에도 불구하고, 이 연구는 지상 기반 CO 관측이 외류가 주변 환경에 미치는 영향을 평가하는 데 충분하며, CO에서 유도된 파rameter가 H2O와 H2에서 유도된 값과 몇 배 이내로 일치함을 결론지었다.