[논문 리뷰] Radio outburst from a massive (proto)star. When accretion turns into ejection

R. Cesaroni, L. Moscadelli외 7명|MPG.PuRe (Max Planck Society)|2018. 02. 12.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 28인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 VLA, IRAM/NOEMA 및 ALMA를 사용하여 거대한 원시은하성 S255 NIRS 3에서 적외선 연료 유출과 관련된 라디오 유출을 처음으로 감지하였다. 6에서 45 GHz 사이의 라디오 흐름 밀도가 지수적으로 증가하는 것으로, 적외선 유출 이후 약 13개월 후에 시작되었으며, 이는 열적으로 방출된 제트의 증가하는 이온화 질량 손실률과 벌어짐 각도를 지지하는 모델을 뒷받침한다. 밀리미터 파장에서의 자유-자유 방출은 낮은 이온화 분율(<14%)을 확인하여 열 제트에서 중성 성분이 지배적임을 시사한다.

ABSTRACT

Context. Recent observations of the massive young stellar object S255 NIRS 3 have revealed a large increase in both methanol maser flux density and IR emission, which have been interpreted as the result of an accretion outburst, possibly due to instabilities in a circumstellar disk. This indicates that this type of accretion event could be common in young/forming early-type stars and in their lower mass siblings, and supports the idea that accretion onto the star may occur in a non-continuous way. Aims. As accretion and ejection are believed to be tightly associated phenomena, we wanted to confirm the accretion interpretation of the outburst in S255 NIRS 3 by detecting the corresponding burst of the associated thermal jet. Methods. We monitored the radio continuum emission from S255 NIRS 3 at four bands using the Karl G. Jansky Very Large Array. The millimetre continuum emission was also observed with both the Northern Extended Millimeter Array of IRAM and the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Results. We have detected an exponential increase in the radio flux density from 6 to 45 GHz starting right after July 10, 2016, namely about 13 months after the estimated onset of the IR outburst. This is the first ever detection of a radio burst associated with an IR accretion outburst from a young stellar object. The flux density at all observed centimetre bands can be reproduced with a simple expanding jet model. At millimetre wavelengths we infer a marginal flux increase with respect to the literature values and we show this is due to free-free emission from the radio jet. Abridged.

연구 동기 및 목표

• S255 NIRS 3에서의 연료 유출 해석을 뒷받침하기 위해 관련된 열 제트 방출을 감지하기 위해.
• 제트의 물리적 성질, 즉 이온화 질량 손실률, 벌어짐 각도, 이온화 분율을 조사하기 위해.
• 거대한 별 형성에서 간헐적 연료 공급과 방출이 일반적인가를 판단하기 위해.
• 라디오 및 밀리미터 연속 스펙트럼을 모델링하여 제트의 구조와 진화를 제약하기 위해.

제안 방법

• 4cm 대역에서 칼 G. 장스키 매우 큰 어레이(VLA)를 사용하여 S255 NIRS 3의 다파장 모니터링을 통해 라디오 연속성 변화를 감지하기 위해.
• IRAM/NOEMA 및 ALMA를 사용한 고해상도 밀리미터 연속성 관측을 통해 제트의 자유-자유 방출을 아크초 이하 해상도로 탐색하기 위해.
• 자유-자유 투과도를 가정한 단순한 확장 제트 모델을 사용하여 라디오 스펙트럼을 모델링하며, 밀도 척도가 ∝ r⁻²인 원뿔형, 동온 제트를 가정한다.
• Reynolds(1986)의 형식을 사용하여 제트의 물리적 매개변수에서 전환 주파수 νₘ 및 νₜ를 유도하며, r₀, r_max 및 qₜ와 관련지어 진다.
• qₜ = -3을 가정할 때, νₜ/νₘ 비율을 통해 r₀/r_max 비율을 추론한다. 이는 νₜ/νₘ = (r_max/r₀)^{qₜ/2.1}로 표현된다.
• 중간 영역에서의 스펙트럼 기울기 약 0.6을 가정하여 관측된 흐름 밀도와 스펙트럼 기울기를 사용해 이온화 분율을 추정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 연료 공급으로 기인된 것으로 여겨진 S255 NIRS 3의 적외선 유출이 관련된 열 제트에서 감지 가능한 라디오 유출을 유도하는가?
• RQ2 유출 기간 동안 제트의 시간적 변화 및 물리적 매개변수(예: 질량 손실률, 벌어짐 각도)는 어떠한가?
• RQ3 제트 내 이온화 분율은 얼마이며, 열 제트에서 중성 성분이 지배적인가?
• RQ4 관측된 라디오 및 밀리미터 연속성 방출은 단일 확장 제트 모델로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• S255 NIRS 3에서 라디오 유출이 감지되었으며, 6에서 45 GHz 사이의 흐름 밀도가 2016년 7월 10일 이후 지수적으로 증가하였다. 이는 적외선 유출의 추정된 시작 이후 약 13개월 후에 시작되었다.
• 4cm 대역에서의 관측된 라디오 스펙트럼은 단순한 확장 제트 모델에 잘 맞추어지며, 제트의 벌어짐 각도와 이온화 질량 손실률이 시간이 지남에 따라 크게 증가했음을 시사한다.
• 밀리미터 파장에서 약간의 흐름 증가가 관측되었으며, 이는 기저의 원시은하성 대신 이온화된 제트의 자유-자유 방출로 기인된 것으로 추정된다.
• 제트 내 이온화 분율은 14% 이하로 제약되며, 이는 열 제트에서 중성 성분이 지배적임을 강력히 지지한다.
• 전환 주파수 비율 νₜ/νₘ은 r₀/r_max 비율이 시간이 지남에 따라 증가했음을 시사하며, 제트의 확장과 일치한다.
• 이러한 발견들은 거대한 원시은하성에서 연료 공급 유출과 열 제트 방출을 직접 연결하는 최초의 직접적 증거를 제공하며, 반복적인 연료 공급-방출 사건이 거대한 별 형성의 핵심임을 지지한다.