[논문 리뷰] Proper motions of the outer knots of the HH 80/81/80N radio-jet

Josep M. Masqué, Luis F. Rodrı́guez외 6명|arXiv (Cornell University)|2015. 10. 06.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 높은 질량의 원형성성성성성에서 발생하는 고체 방사선 조류에 의해 구동되는 하나의 연장된 방사선 조류에 의해 구동되는 HH 80, HH 81, 및 HH 80N의 외부 방사선-노드에 대한 첫 번째 전파 파장 운동 측정을 제시한다. 유도된 접선 속도는 HH 80N에서 263 km s⁻¹, HH 80에서 351 km s⁻¹, HH 81에서 223 km s⁻¹이며, 이는 내부 조류 노드(600–1400 km s⁻¹)보다 훨씬 느린 것으로, 밀도가 높은 주변 매질과의 상호작용으로 인한 강한 감속을 시사한다. 반면, 신크로트론 방출은 약 1 mG의 자기장에서 상대론적 전자 가속을 나타내며, 역방향 충격에서 발생한다.

ABSTRACT

(abridged) The HH 80/81/80N jet extends from the HH 80 object to the recently discovered Source 34 and has a total projected jet size of 10.3 pc, constituting the largest collimated radio-jet system known so far. It is powered by IRAS 18162-2048 associated with a massive young stellar object. We report 6 cm JVLA observations that, compared with previous 6 cm VLA observations carried out in 1989, allow us to derive proper motions of the HH 80, HH 81 and HH 80N radio knots located about 2.5 pc away in projection from the powering source. For the first time, we measure proper motions of the optically obscured HH 80N object providing evidence that HH 81, 80 and 80N are associated with the same radio-jet. We derived tangential velocities of these HH objects between 260 and 350 km/s, significantly lower than those for the radio knots of the jet close to the powering source (600-1400 km/s) derived in a previous work, suggesting that the jet material is slowing down due to a strong interaction with the ambient medium. The HH 80 and HH 80N emission at 6 cm is, at least in part, probably synchrotron radiation produced by relativistic electrons in a magnetic field of 1 mG. If these electrons are accelerated in a reverse adiabatic shock, we estimate a jet total density of $\lesssim1000$ cm$^{-3}$. All these features are consistent with a jet emanating from a high mass protostar and make evident its capability of accelerating particles up to relativistic velocities.

연구 동기 및 목표

• 다중 시점 전파 관측을 통해 외부 방사선-노드 HH 80, HH 81, 및 HH 80N의 운동을 측정하는 것.
• 이 노드들이 동일한 연장된 방사선 조류 시스템에 속하는지 확인하고, 특히 최신 발견된 Source 34와의 연관성을 검증하는 것.
• 조류의 감속 메커니즘과 기원하는 원천에서 멀리 떨어진 거리에서의 충격 방출의 성격을 조사하는 것.
• 속도, 밀도, 자기장 강도, 그리고 입자 가속 효율성 등의 물리 조건을 제약하는 것.

제안 방법

• 1989년 기록된 VLA 6 cm 관측과 비교하여, 2014년 C 구성의 6 cm Very Large Array(VLA) 관측을 수행하여 운동을 측정하였다.
• 1989년과 2014년 관측 간의 시간 기반을 이용하여 방사선 노드의 각도 이동량으로부터 횡방향 속도를 계산하였다.
• 스펙트럼 기울기(α ≈ −0.3)를 분석하여 신크로트론 방출 기원을 추론하고, 균형 분배 원리에 따라 자기장 강도를 추정하였다.
• 버블 충격 및 역방향 충격(Mach disc) 시나리오를 사용하여 냉각 길이와 충격의 단열성질을 추정하기 위해 충격 역학을 모델링하였다.
• 역방향 충격 영역에서 상대론적 전자를 생성하는 데에 Fermi I 가속 메커니즘을 적용하였다.
• 에너지 균형 분배 및 충격 압축 모델을 가정하여, 1 mG의 자기장과 비율 분포 전자 에너지 분포를 가정하여 조류의 밀도와 자기장 강도를 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 방사선-노드 HH 80, HH 81, 및 HH 80N은 동일한 콘덴서된 방사선 조류 시스템에 속하는가?
• RQ2 HH 80, HH 81, 및 HH 80N의 운동은 무엇이며, 내부 조류 노드의 속도와 비교해 보면 어떻게 되는가?
• RQ3 6 cm에서 관측된 HH 80N의 신크로트론 방출의 기원은 무엇이며, 충격 조건과 입자 가속에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 왜 외부 노드의 관측 속도가 내부 조류 노드의 속도보다 현저히 느린가?
• RQ5 관측된 방출과 운동학을 설명하기 위해 필요한 물리 조건(밀도, 자기장, 충격 유형)은 무엇인가?

주요 결과

• HH 80N의 운동은 263 km s⁻¹로 측정되었으며, 이는 HH 80/81/80N 방사선 조류와의 연관성을 확인하고, 조류의 투영 길이 10.3 pc를 지지한다.
• HH 80와 HH 81은 각각 351 km s⁻¹와 223 km s⁻¹의 접선 속도를 보이며, 이는 내부 조류 노드의 600–1400 km s⁻¹ 속도보다 현저히 느리다.
• 조류는 밀도가 높은 주변 매질과의 상호작용으로 감속되며, HH 80와 HH 81는 불균일한 조건이 노골적으로 드러나는 구름 가장자리 근처에 위치해 있다.
• HH 80N에서 6 cm에서 관측된 신크로트론 방출은 약 1 mG의 자기장에서 상대론적 전자가 역방향 충격에서 가속된 것으로 일관되며, 이를 시사한다.
• 조류의 밀도는 ≤1000 cm⁻³로 제약되며, 역방향 충격이 복사되지 않기 위해서는 조류 속도가 800 km s⁻¹를 초과해야 한다. 이는 Fermi I 가속과 일치한다.
• 조류의 운동 에너지 밀도의 약 1%만이 비열적 에너지로 전환되며, 충격 영역에서 효율적인 에너지 소산이 일어나고 있음을 시사한다.