[논문 리뷰] The Formaldehyde Masers in NGC 7538 and G29.96-0.02: VLBA, MERLIN, and VLA Observations

Ian M. Hoffman, W. M. Goss외 2명|2003. 08. 14.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 NGC 7538-IRS1과 G29.96-0.02에서 6 cm 포름알데히드 (H₂CO) 매크로스의 고해상도 VLBA, MERLIN 및 VLA 관측을 수행하여, 1초당 하위초점 단위에서의 각 크기를 해소하고 최대 약 10⁸ K의 밝기 온도를 측정하였다. 주요 결과로는 NGC 7538에서 강한 속도 기울기가 관측되고 장기적인 세기 변화의 증거가 확인되어, 은하계 H₂CO 매크로스의 설명되지 않은 자극 메커니즘에 대한 중요한 제약 조건을 제공한다.

ABSTRACT

The 6 cm formaldehyde (H2CO) maser sources in the compact HII regions NGC 7538-IRS1 and G29.96-0.02 have been imaged at high resolution (beams < 50 mas). Using the VLBA and MERLIN, we find the angular sizes of the NGC 7538 masers to be ~10 mas (30 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^8 K. The angular sizes of the G29.96-0.02 masers are ~20 mas (130 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^7 K. Using the VLA, we detect 2 cm formaldehyde absorption from the maser regions. We detect no emission in the 2 cm line, indicating the lack of a 2 cm maser and placing limits on the 6 cm excitation process. We find that both NGC 7538 maser components show an increase in intensity on 5-10 year timescales while the G29.96-0.02 masers show no variability over 2 years. A search for polarization provides 3-sigma upper limits of 1% circularly polarized and 10% linearly polarized emission in NGC 7538 and of 15% circularly polarized emission in G29.96-0.02. A pronounced velocity gradient of 28 km/s/arcsecond (1900 km/s/pc) is detected in the NGC 7538 maser gas.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭계를 사용하여 NGC 7538-IRS1과 G29.96-0.02의 6 cm 포름알데히드 매크로스의 공간적 구조를 해소하기.
• 매크로스 성분의 밝기 온도와 각 크기를 측정하여 물리적 조건을 제약하기.
• 수년에서 수십 년에 이르는 시간 스케일에서 매크로스 세기의 장기적 변화를 조사하기.
• 자기장과 복사 기하학을 조사하기 위해 매크로스 복사에서 편광을 탐색하기.
• 2 cm 포름알데히드 흡수를 탐지하고 2 cm 매크로스의 존재 여부를 평가하여 자극 과정을 제약하기.

제안 방법

• 6 cm에서 VLBA와 MERLIN를 사용하여 고해상도 간섭계 관측을 수행하여, NGC 7538와 G29.96-0.02의 H₂CO 매크로스를 해상도가 50 마이크로초 이하인 빔을 사용해 이미징하였다.
• VLA는 2 cm와 6 cm에서 CnB 및 B 설정을 사용하여 흡수를 탐지하고 복사 방출을 탐색하여 확장된 구조에 대한 민감도를 확보하였다.
• 빛의 밀도 최대값과 빔 크기를 사용하여 레일리-지운 근사법을 적용하여 밝기 온도를 계산하였다.
• 복사선 프로파일을 가시성에서 추출하여 반경 방향 속도, 선 너비, 시간에 따른 세기 변화를 측정하였다.
• 선형 및 원형 편광의 상한선을 결정하기 위해 스트로우크스 Q, U, V를 측정하였다.
• 흡수 광학 두께는 2 cm와 6 cm 선 프로파일에서 유도되어 기수 밀도와 자극 조건을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC 7538-IRS1과 G29.96-0.02의 H₂CO 매크로스의 진정된 각 크기와 밝기 온도는 무엇인가요?
• RQ2 5~10년의 시간 스케일에서 매크로스 세기에 장기적인 변화가 있는가요?
• RQ3 매크로스 복사 가스 내에서 속도 구조와 기울기는 어떻게 되며, 특히 NGC 7538에서 어떻게 되는가요?
• RQ4 매크로스 복사에서 선형 또는 원형 편광이 감지 가능한가요?
• RQ5 2 cm H₂CO 매크로스 방출의 증거가 있으며, 이러한 방출의 부재는 자극 메커니즘에 대해 어떤 의미를 갖는가요?

주요 결과

• NGC 7538의 H₂CO 매크로스는 전체 폭의 반만점 (FWHM) 각 크기가 약 10 마이크로초 (30 AU)이며, 밝기 온도는 약 1.6 × 10⁸ K이다.
• G29.96-0.02의 매크로스는 FWHM 크기가 약 20 마이크로초 (130 AU)이며, 밝기 온도는 약 9.2 × 10⁶ K이다.
• NGC 7538 매크로스 기체에서 28 km s⁻¹ arcsecond⁻¹ (1900 km s⁻¹ pc⁻¹)의 뚜렷한 속도 기울기가 관측되었으며, 이는 대규모 운동 또는 분출을 나타낸다.
• NGC 7538 매크로스의 성분 I는 3년 동안 세기가 두 배로 증가했으며, 전체 추세로는 5~10년 동안 세기가 증가하는 경향을 보였다.
• 유의미한 편광은 관측되지 않았다: NGC 7538에서 원형 편광의 3-σ 상한선은 1%이며, 선형 편광은 10%이다. G29.96-0.02에서는 원형 편광의 상한선이 15%이다.
• 양 측면 모두에서 2 cm 포름알데히드 흡수가 관측되었지만, 2 cm 매크로스 방출은 발견되지 않아 자극 과정에 강력한 제약 조건을 제공하였다.