[논문 리뷰] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects II - SED modelling of a bonafide sample

J. M. C. Grave, M. S. N. Kumar|ArXiv.org|2009. 01. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 35인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 2MASS, GLIMPSE, MSX, IRAS 및 submillimeter 조사에서 확보한 다중파장 데이터를 사용하여 고질량 원시은하형성물체(HMPO)의 68개 진정한 적외선 대응체의 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 모델링한다. 2차원 복사전달 모델을 적용하여, 이들 천체는 고질량 원시은하형성물체(5–42 M☉, 중앙값 10 M☉)이며, 약 10⁻³ M☉/yr의 높은 외부막 유입률, 약 0.2–0.3 pc의 큰 막대, 디스크를 지닌 것으로 나타나, 구형 유입과 B형 또는 O형 항성으로의 진화가 계속되고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We aim to estimate and analyse the physical properties of the infrared counterparts of HMPOs by comparing their spectral energy distributions (SED) with those predicted by radiative transfer accretion models of YSOs. The SED of 68 IRCs are extended beyond the GLIMPSE photometry to the possible limits, from the near-infrared to the millimetre wavelengths by using the 2MASS, GLIMPSE version 2.0 catalogs, MSX, IRAS and some single dish (and interferometric) (sub)mm data. An online SED fitting tool that uses 2D radiative transfer accretion models of YSOs is employed to fit the observed SED to obtain various physical parameters. The SED of IRCs were fitted by models of massive protostars with a range of masses between 5-42 Msun and ages between 10^3 and 10^6 years. The median mass and age are 10 Msun and 10^4 yrs. The envelopes are large with a mean size of ~ 0.2-0.3 pc and show a distribution that is very similar to the distribution of the sizes of 8 micron nebulae discussed in Paper I. The estimated envelope accretion rates are high with a mean value of 10^(-3) Msun/yr and show a power law dependence to mass with an exponent of 2, suggesting spherical accretion at those scales. Disks are found to exist in most of the sources with a mean mass of 10^(-1.4+-0.7) Msun. The observed infrared-millimetre SED of the infrared counterparts of HMPOs are successfully explained with an YSO accretion model. The modelled sources mostly represent proto-B stars although some of them could become O stars in future. We demonstrate that many of these results may represent a realistic picture of massive star formation, despite some of the results which may be an effect of the assumptions within the models.

연구 동기 및 목표

• 다중파장 SED 데이터를 활용하여 고질량 원시은하형성물체(HMPO)의 적외선 대응체(IRCs)의 물리적 성질을 규명하는 것.
• YSO의 복사전달 모델이 근적외선에서 밀리미터 파장까지 관측된 HMPO IRC의 SED를 설명할 수 있는지 테스트하는 것.
• 이들 원시은하형성물체의 진화 단계, 질량, 연령, 유입률을 평가하고, 모델 가정의 타당성을 검토하는 것.
• 디스크와 막대의 존재 및 성질을 조사하고, 다중성(다수의 천체)이 SED 형태에 지배적인 영향을 미치지 않는지 확인하는 것.
• 특히 자유-자유 방출을 보이는 천체에서 이온화된 유입 유동이 가장 질량이 큰 항성의 형성에 어떤 역할을 하는지 탐구하는 것.

제안 방법

• 근적외선에서 밀리미터 파장까지의 커버리지를 확보하기 위해 2MASS, GLIMPSE v2.0, MSX, IRAS 및 (sub)mm 단일 안테나/간섭계 데이터로부터 밴드폭 SED를 구축한 것.
• 중앙 항성, 유입 디스크, 평탄한 막대, 이중성 공동을 포함한 YSO의 2차원 복사전달 모델 기반의 온라인 SED 피팅 도구를 사용한 것.
• Bjorkman & Wood(2001)의 복사평형 해법을 사용한 모델과, 항성 질량 최대 50 M☉, 연령 10³–10⁶년을 포함하는 매개변수 격자.
• 관측된 SED를 모델 격자에 피팅하여 항성 질량, 반지름, 온도, 막대 및 디스크 유입률, 막대 크기 등의 물리적 매개변수를 유도한 것.
• 막대 유입률이 항성 질량에 따라 어떻게 의존하는지 분석하기 위해 비율 법칙 피팅을 수행: ẋenv ∝ M*².
• 디스크 존재에 대한 모델 민감도를 평가하기 위해 디스크와 막대의 복사 기여도를 비교하였으며, 일반적으로 막대 복사가 지배적임을 확인함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SED 피팅을 통해 유도된 고질량 원시은하형성물체(HMPO)의 적외선 대응체의 물리적 매개변수(질량, 연령, 빛의 세기, 온도, 반지름)는 무엇인가?
• RQ2 막대 크기와 유입률 스케일링을 바탕으로, 관측된 HMPO IRC의 SED는 구형 유입 또는 이방성 유출 중 어느 쪽을 지지하는가?
• RQ3 SED는 고질량 원시은하형성물체의 원행성 디스크 존재 및 성질을 어느 정도 제약하는가?
• RQ4 관측된 SED는 단일 원시은하형성물체 모델로 설명될 수 있는가, 아니면 다중성(다른 진화 단계의 여러 천체)이 필요한가?
• RQ5 특히 자유-자유 방출을 보이는 천체에서 이온화된 유입 유동은 고질량 항성 형성에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 68개 IRC의 SED는 항성 질량 5–42 M☉, 중앙값 10 M☉, 중앙값 연령 10⁴년인 YSO 모델에 가장 잘 맞는다.
• 낮은 효과적 온도(1000–4000 K)와 큰 효과적 반지름(2–200 R☉)을 지닌 것으로 나타나, 깊이 매립된 고광도 원시은하형성물체와 일치한다.
• 막대 평균 크기는 약 0.2–0.3 pc이며, 이는 제1편지에서 관측된 8 μm 안개의 크기 분포와 매우 유사하여, 안개가 가열된 막대의 외곽을 나타내는 것으로 추정된다.
• 막대 유입률은 높으며 평균 약 10⁻³ M☉/yr이며, 항성 질량과의 비율 법칙 ẋenv ∝ M*²(지수 2.0 ± 0.6)로 스케일링되어, 핵 영역에서의 구형 유입을 시사한다.
• 대부분의 천체에서 디스크가 유추되며, 평균 질량은 10⁻¹.⁴ ± ⁰.⁷ M☉이지만, SED는 종종 막대 복사가 지배하므로 디스크 존재에 민감하지 않다.
• 평탄한 SED 형태의 부재는 서로 다른 진화 단계에 있는 다수의 천체 기여를 배제한다. SED는 가장 밝은 천체에 의해 지배되며, 이는 단일 원시은하형성물체 모델을 지지한다.