[논문 리뷰] The VLTI/MIDI survey of massive young stellar objects - Sounding the inner regions around intermediate- and high-mass young stars using mid-infrared interferometry

P. A. Boley, H. Linz외 11명|UvA-DARE (University of Amsterdam)|2013. 08. 20.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 110인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 VLTI/MIDI 기구를 사용한 중간-적외선 간섭계를 통해 20개의 중간-질량 및 고질량 젊은 항성 물체(YSO) 주위의 원성 구조를 탐색하여 100 AU 이내에서 상당한 비대칭성과 널리 퍼진 원성 물질을 규명하였다. 주요 발견은 중간-적외선 복사가 디스크와 분출의 혼합으로 발생하며, 실리케이트 흡수 피크는 균일하고 분리된-dust 셸터를 나타내어 고각해상도에서도 특정 구조에 직접적으로 기인된 것으로 판단하는 것이 어렵다는 점이다.

ABSTRACT

We aim to characterize the distribution and composition of circumstellar material around young massive stars, and to investigate exactly which physical structures in these objects are probed by long-baseline mid-infrared interferometric observations. We used the two-telescope interferometric instrument MIDI of the Very Large Telescope Interferometer of the European Southern Observatory to observe a sample of 24 intermediate- and high-mass young stellar objects in the N band (8-13 micron). We had successful fringe detections for 20 objects, and present spectrally-resolved correlated fluxes and visibility levels for projected baselines of up to 128 m. We fit the visibilities with geometric models to derive the sizes of the emitting regions, as well as the orientation and elongation of the circumstellar material. Fourteen objects in the sample show the 10 micron silicate feature in absorption in the total and correlated flux spectra. For 13 of these objects, we were able to fit the correlated flux spectra with a simple absorption model, allowing us to constrain the composition and absorptive properties of the circumstellar material. Nearly all of the massive young stellar objects observed show significant deviations from spherical symmetry at mid-infrared wavelengths. In general, the mid-infrared emission can trace both disks and outflows, and in many cases it may be difficult to disentangle these components on the basis of interferometric data alone, because of the sparse spatial frequency coverage normally provided by current long-baseline interferometers. For the majority of the objects in this sample, the absorption occurs on spatial scales larger than those probed by MIDI. Finally, the physical extent of the mid-infrared emission around these sources is correlated with the total luminosity, albeit with significant scatter.

연구 동기 및 목표

• 100 AU 이하 척도에서 중간-질량 및 고질량 젊은 항성 물체(YSO) 주위의 원성 물질의 공간 분포와 조성을 규명하기 위해.
• 장기반 간섭계를 통해 탐지되는 물리적 구조—디스크, 분출, 또는 셸터—중 어느 것이 주로 탐지되는지 규명하기 위해.
• 깊이 임베디드된 고질량 YSO에 대해 간섭계 데이터를 해석하는 데 있어 기하학적 모델의 신뢰성을 평가하기 위해.
• 실리케이트 흡수 피크를 이용해 원성 물질의 먼지 조성과 투과도 특성을 제약하기 위해.
• 향후 연구를 위해 감소된 스펙트럼 해상도 간섭계 데이터를 공개 제공하기 위해.

제안 방법

• 8–13 µm 파장에서 Very Large Telescope Interferometer(VLTI)의 MIDI 기구를 사용해 장기반 중간-적외선 간섭계 관측을 수행하였다.
• 최대 128 m의 투영 기준선까지 스펙트럼 해상도 간섭계 신호와 가시도 수준을 측정하여 수십 밀리초각의 해상도를 확보하였다.
• 관측된 가시도를 기하학적 모델(예: 2D 가우시안, 2D1D)에 적합시켜 발광 영역의 크기, 방향, 길이 비율을 유도하였다.
• 전경 스크린으로서의 실리케이트 먼지 모델을 적용하여 관련된 스펙트럼에 흡수 특성을 적용하고, 열량 밀도와 입자 조성을 제약하였다.
• Keck 및 문헌 간섭계 데이터와 MIDI 데이터를 융합하여 모델 제약 조건을 향상시켰다.
• OIFITS 형식을 사용해 감소된 보정 간섭계 데이터를 CDS 통해 공개 접근 가능하게 제공하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 100 AU 이하 척도에서 고질량 YSO 주위의 원성 물질의 공간적 구조는 어떻게 되어 있는가?
• RQ2 중간-적외선 간섭계 데이터가 복사 기여에 디스크와 분출의 기여를 얼마나 정확히 구분할 수 있는가?
• RQ3 고질량 YSO 샘플 전반에서 먼지의 물리적 특성(조성, 입자 크기, 열량 밀도)은 어떻게 변하는가?
• RQ4 10 µm 실리케이트 피크를 유발하는 흡수 물질은 MIDI가 탐지하는 척도에서 공간적으로 해상되거나 균일한가?
• RQ5 고질량 YSO의 중간-적외선 발광 크기와 총 복사광도 사이에 어떤 상관관계가 있는가?

주요 결과

• 관측된 거의 모든 고질량 YSO에서 중간-적외선 복사에서 구형 대칭성의 심각한 이탈이 관측되어 복잡한 원성 구조를 시사한다.
• 중간-적외선 복사는 디스크와 분출을 모두 반영하며, 희박한 공간 주파수 커버리지로 인해 간섭계 데이터만으로는 이 성분을 신뢰성 있게 분리할 수 없다.
• 14개의 천체에서 10 µm 실리케이트 피크가 흡수로 나타나며, 이 중 13개의 경우 실리케이트 먼지의 전경 스크린 모델(변동하는 입자 크기 및 조성)이 관련된 스펙트럼에 잘 맞는다.
• 흡수 물질은 MIDI가 탐지하는 척도보다 더 큰 척도에서 공간적으로 확장되어 있어, 밀집된 발광 영역에서 분리되어 있음을 시사한다.
• 중간-적외선 발광 크기와 총 복사광도 사이에 느슨한 상관관계가 존재하지만, 산란이 크므로 다양한 진화 상태 또는 기하학적 형태를 반영한다.
• 가시도 및 관련된 스펙트럼 강도 측정값을 포함한 감소된 MIDI 데이터는 향후 분석을 위해 OIFITS 형식으로 공개 가능하다.