[논문 리뷰] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects. I Infrared point sources and nebulae

M. S. N. Kumar, J. M. C. Grave|ArXiv.org|2007. 05. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 28인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 스피itzer-IRAC GLIMPSE 데이터를 사용하여 381개의 고질량 원형성운 후보체를 분석하여 적외선 대응체와 성운 형태를 규명한다. 고스펙트럼 인덱스(α = 2–5)와 밀도가 높고 구조가 뚜렷한 성운은 분자 및 이온성 성분으로부터 지속적인 수축을 나타내며, 고질량 항성 형성에 대해 빠른 고립된 분자 유입보다는 지속적인 수축 모델을 지지한다.

ABSTRACT

The GLIMPSE archive was used to obtain 3.6--8.0micron, point source photometry and images for 381 massive protostellar candidates lying in the Galactic mid-plane. The colours, magnitudes and spectral indicies of sources in each of the 381 target fields were analysed and compared with the predictions of 2D radiative transfer model simulations. Although no discernable embedded clusters were found in any targets, multiple sources or associations of redenned young stellar objects were found in many sources indicating multiplicity at birth. The spectral index ($α$) of these point sources in 3.6--8.0mum bands display large values of $α$=2--5. A color-magnitude analog plot was used to identify 79 infrared counterparts to the HMPOs. Compact nebulae are found in 75% of the detected sources with morphologies that can be well described by core-halo, cometary, shell-like and bipolar geometries similar to those observed in ultra-compact HII regions. The IRAC band SEDs of the IR counterparts of HMPOs are best described to represent YSOs with a mass range of 8--20\msun in their Class I stages when compared with 2D radiative transfer models. They also suggest that the high $α$ values represent reprocessed star/star+disk emission that is arising in the dense envelopes. Thus we are witnessing the luminous envelopes around the protostars rather than their photospheres or disks. We argue that the compact infrared nebulae likely reflect the underlying physical structure of the dense cores and are found to imitate the morphologies of known UCHII regions. Our results favour models of continuuing accretion involving both molecular and ionised accretion components to build the most massive stars rather than purely molecular rapid accretion flows.

연구 동기 및 목표

• 스피처-IRAC GLIMPSE 데이터를 이용하여 은하수 중간 평면의 고질량 원형성운 후보체의 적외선 대응체를 규명하는 것.
• HMPO의 중간 적외선(MIR) 특성, 즉 점원체 색상, 등급, 스펙트럼 인덱스를 분석하여 그 진화 단계를 제약하는 것.
• 점원체 군집화 및 형태 분석을 통해 HMPO 주변의 임베디드 별단 또는 다중성 지표를 탐색하는 것.
• HMPO와 연관된 밀도 높은 적외선 성운의 특성을 기술하고, 알려진 초소형 HII 영역과 형태를 비교하는 것.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED) 분석과 밀리미터 및 센티미터 대역 데이터와의 공간 상관관계를 통해 분자 및 이온성 가스의 지속적인 수축이 고질량 항성 형성에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 4개 주요 조사(Mol96, Sri02, Fon02, Faun04)에서 유래한 381개의 HMPO 후보체에 대한 공개된 GLIMPSE 점원체 광도 카탈로그 및 이미지 컷아웃을 활용하였다.
• 대상 영역 및 40개의 제어 영역에서 점원체의 색-색도 분석을 수행하여 붉은 색의 1형 및 2형 젊은 항성체(YSO)를 식별하였다.
• IRAC 3.6–8.0 μm 광도에서 스펙트럼 인덱스(α)를 계산하여 적외선 대응체의 임베디드 성격 및 진화 단계를 평가하였다.
• 절대 등급 대 α-등급(AM 제품)도를 구성하여 검출된 YSO의 항성 질량을 추정하고, 2차원 복사 전달 모델과 비교하였다.
• 8 μm 이미지에서 성운 형태를 분석하여 밀도 높은 성운을 코어-헤일, 코메타형, 쉘-유사, 이중축 형태로 분류하였다.
• GLIMPSE 결과를 기존의 밀리미터 및 센티미터(VLA) 데이터와 연계하여 이온성 영역 및 수축 서명의 존재 여부를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HMPO 후보체와 연관된 적외선 대응체의 중간 적외선 특성(색상, 등급, 스펙트럼 인덱스)은 무엇인가요?
• RQ2 관측된 적외선 대응체와 성운은 고질량 항성 형성 초기 단계에서 지속적인 다중성 또는 임베디드 별단 형성의 흔적을 나타내는가요?
• RQ3 밀도 높은 적외선 성운의 형태는 알려진 초소형 HII 영역과 어떻게 유사하거나 다를까요? 이는 조밀한 핵의 물리적 구조를 어떻게 드러내나요?
• RQ4 IRAC 대역에서 관측된 높은 스펙트럼 인덱스(α = 2–5)의 본질은 무엇이며, 이는 복사 메커니즘(예: 환경대, 디스크, 대기층)에 대해 어떤 함의를 갖나요?
• RQ5 관측된 데이터는 분자 및 이온성 가스를 포함한 지속적인 수축 모델과 일치하는가, 아니면 빠르고 고립된 분자 수축 유입을 지지하는가?

주요 결과

• 8 μm에서 밝고 밀리미터 피크 중심에 위치하며, 스펙트럼 인덱스(α)가 2를 초과하는 79개의 적외선 대응체를 식별하였다. 이는 밀도 높은 환경에 깊이 임베디드되어 있음을 나타낸다.
• 3.6–8.0 μm 점원체의 스펙트럼 인덱스(α)는 2에서 5 사이로, 광도 재처리된 원형성운 환경에서 비롯된 것으로, 대기층이나 디스크에서 비롯된 것이 아니라는 점에서 일관된다.
• HMPO 대상의 60%는 초소형 HII 영역과 유사한 코어-헤일, 코메타형, 쉘-유사, 이중축 형태의 밀도 높은 적외선 성운과 연관되어 있다.
• 가장 어린 서브셋(Sri02 및 Mol96)에서 성운의 크기 분포는 0.1–1 pc 범위에서 피크를 보이며 평균 0.5 pc로, 밀리미터로 확정된 조밀한 핵 내에서 공간적으로 제한되어 있음을 나타낸다.
• GLIMPSE 적외선 대응체와 센티미터 연속 스펙트럼 간의 관측 상관관계는 중심 항성 주변에 이온성 영역이 존재함을 지지하며, 이온성 수축이 지속 중임을 시사한다.
• 데이터는 분자 및 이온성 성분을 포함한 지속적인 수축 모델이 고질량 항성 형성에 더 부합하며, 빠르고 고립된 분자 수축 흐름을 지지하는 것보다 더 유리하다.