[논문 리뷰] The ALMA view of the protostellar system HH212 - The wind, the cavity, and the disk

C. Codella, S. Cabrit외 9명|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 23.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 25인용 수 45

한 줄 요약

ALMA의 고해상도, 고감도 Band 7 관측을 통해 이 연구는 HH212 혜성원성성성주 주위에 약 90 AU 반경의 밀도 높은, 도는 디스크를 규명하였으며, 이는 Keplerian일 가능성이 크며 중심 소스의 질량이 0.3±0.1 M☉일 것으로 추정된다. 데이터는 同시적으로 고속 SiO 제트, 유동 공극을 메우는 넓은 각도의 C34S 유동, 그리고 붕괴 중 자기장과 운동량 모멘트 축이 기울어졌음을 시사하는 비틀린 구조를 추적하여, Class 0 원성성성주에서 디스크 풍의 활동과 대규모 디스크 형성의 강력한 증거를 제공한다.

ABSTRACT

Context: Because it is viewed simply edge-on, the HH212 protostellar system is an ideal laboratory for studying the interplay of infall, outflow, and rotation in the earliest stages of low-mass star formation. Aims: We wish to exploit the unmatched combination of high angular resolution, high sensitivity, high-imaging fidelity, and spectral coverage provided by ALMA to shed light on the complex kinematics of the innermost central regions of HH212. Methods: We mapped the inner 10" (4500 AU) of the HH212 system at about 0.5 arcsec resolution in several molecular tracers and in the 850 $μ$m dust continuum using the ALMA interferometer in band 7 in the extended configuration of the Early Science Cycle 0 operations. Results: Within a single ALMA spectral set-up, we simultaneously identify all the crucial ingredients known to be involved in the star formation recipe namely: (i) the fast, collimated bipolar SiO jet driven by the protostar, (ii) the large-scale swept-up CO outflow, (iii) the flattened rotating and infalling envelope, with bipolar cavities carved by the outflow (in C$^{17}$O(3--2)), and (iv) a rotating wide-angle flow that fills the cavities and surrounding the axial jet (in C$^{34}$S(7--6)). In addition, the compact high-velocity C$^{17}$O emission ($\pm$ 1.9--3.5 km s$^{-1}$ from systemic) shows a velocity gradient along the equatorial plane consistent with a rotating disk of about 0.2 arcsec = 90 AU around a $\simeq 0.3 \pm 0.1 M_{ m \odot}$ source. The rotating disk is possibly Keplerian. Conclusions: HH212 is the third Class 0 protostar with possible signatures of a Keplerian disk of radius $\geq 30 AU$. The warped geometry in our CS data suggests that this large keplerian disk might result from misaligned magnetic and rotation axes during the collapse phase. The wide-angle CS flow suggests that disk winds may be present in this source.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 ALMA 데이터를 활용하여 저질량 항성 형성의 가장 초기 단계에서 수축, 제트, 회전의 상호작용을 조사하기 위해.
• HH212 원성성성성주 시스템에 Keplerian 디스크가 존재하는지 확인하고, 그 운동학적 특성을 규명하기 위해.
• C34S 복사에서 관측된 비틀린 공극 구조의 기원을 탐구하고, 자기장과 운동량 모멘트 축의 기울어짐에 대한 함의를 분석하기 위해.
• C34S로 추적된 넓은 각도의 흐름을 통해 디스크 풍의 존재를 규명하고 특성화하기 위해.
• Class 0 천체에서 자기장 브레이킹과 기울어진 B-Ω 구성에 기반한 디스크 형성 이론 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• ALMA Band 7 관측을 확장된 구성으로 수행하여 HH212 주변 10 arcsec 영역에서 약 0.5 arcsec 해상도(110 AU)를 확보하였다.
• 다양한 트레이서를 사용한 스펙트럼선 맵핑: C17O(3–2), SiO(8–7), C34S(7–6), 그리고 850 µm에서의 먼지 연속복사.
• UV-평면 피팅을 통해 C17O 복사의 중심 위치와 속도를 다양한 속도 채널에서 추정하여 운동학적 구조를 분석하였다.
• Keplerian 회전 곡선을 모델링하고, 등위면에서 관측된 속도 기울기와 비교하여 디스크 운동학을 평가하였다.
• C34S 복사의 형태학적 및 스펙트럼 분석을 통해 네스트된, 양파 껍질 같은 속도 구조를 규명하였으며, 이는 넓은 각도의 도는 흐름과 일치한다.
• 속도 및 공간 형태학적 특성에 기반하여, 환경 수축, 공극 벽, 디스크 구성 요소를 구분하기 위해 데이터를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 HH212 Class 0 원성성성주에 반경 ≥30 AU인 Keplerian 디스크가 존재하는가? 그 질량과 운동학적 구조는 어떠한가?
• RQ2 C34S 복사에서 관측된 S자형 비틀림은 무엇을 원인으로 하는가? 자기장과 운동량 모멘트 축의 기울어짐을 시사하는가?
• RQ3 HH212에서 디스크 풍 활동의 증거가 있는가? 관측된 넓은 각도의 C34S 흐름과의 관계는 어떠한가?
• RQ4 C17O(3–2) 선의 운동학은 도는 환경, 공극 벽, 등위면 디스크 구성 요소를 어떻게 추적하는가?
• RQ5 HH212에서 관측된 구조들은 자기장 브레이킹 하에서의 디스크 형성 이론 모델을 어느 정도 지지하거나 도전하는가?

주요 결과

• 고속 C17O(3–2) 복사에서 반경 약 0.2 arcsec(약 90 AU)의 밀도 높은 도는 디스크가 확인되었으며, 이는 0.3±0.1 M☉ 원성성성주 주위에서 Keplerian 회전과 일치하는 속도 기울기를 보였다.
• C34S(7–6) 선은 유동 공극을 메우는 넓은 각도의 도는 흐름을 추적하며, 양파 껍질 같은 속도 구조를 보였으며, T Tauri 항성의 원자 제트와 유사하였다.
• C34S 복사에서 관측된 S자형 비틀림은 원성성성주 붕괴 중 자기장과 운동량 모멘트 벡터가 기울어졌던 잔여물로 해석되며, 대규모 디스크 형성의 원인일 수 있다.
• SiO(8–7) 선은 약 100 AU 너비의 고속, 축렬된 이중성 제트를 드러내었으며, MHD 축렬 과정과 일치하였다.
• C17O(3–2) 복사는 세 가지 운동학적 구성 요소를 보였다: 시스템 기준 속도 근처의 수축, 저속 이동의 공극 벽, 고속 이동의 도는 디스크.
• 먼지 연속복사의 형태는 제트에 수직으로 압축되어 있었으며, 이는 디스크 유사한 구조의 존재를 지지하지만, 이전 ALMA 데이터에서는 최대 반경이 약 0.3 AU로 제한되었다.