[논문 리뷰] TIMASSS: The IRAS16293-2422 Millimeter And Submillimeter Spectral Survey. I. Observations, calibration and analysis of the line kinematics

E. Caux, C. Kahane외 16명|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|2011. 03. 28.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 114인용 수 85

한 줄 요약

이 논문은 태양형 원시성인 IRAS16293-2422의 TIMASSS 스펙트럼 조사 결과를 제시하며, IRAM 30 m 및 JCMT 15 m 전파망원경을 사용하여 밀리미터 및 서브밀리미터 선 조사를 수행한다. 200 GHz 범위에서 4,000개 이상의 선을 검출하고 70종의 분자를 특정하며, 이중성계에서 두 개의 별도된 속도 성분을 밝혀내었으며, 소스 A는 약 1 M⊙의 물체로 향하는 기체의 낙하와 일치하는 고에너지 전이에서 선 폭이 증가하는 경향을 보이고 있으나, 소스 B는 이러한 경향이 없어 약 0.1 M⊙의 훨씬 낮은 질량을 지닌 것으로 나타났다.

ABSTRACT

While unbiased surveys observable from ground-based telescopes have previously been obtained towards several high mass protostars, very little exists on low mass protostars. To fill up this gap, we carried out a complete spectral survey of the bands at 3, 2, 1 and 0.8 mm towards the solar type protostar IRAS16293-2422. The observations covered about 200\,GHz and were obtained with the IRAM-30m and JCMT-15m telescopes. Particular attention was devoted to the inter-calibration of the obtained spectra with previous observations. All the lines detected with more than 3 sigma and free from obvious blending effects were fitted with Gaussians to estimate their basic kinematic properties. More than 4000 lines were detected (with sigma \geq 3) and identified, yielding a line density of approximatively 20 lines per GHz, comparable to previous surveys in massive hot cores. The vast majority (~2/3) of the lines are weak and due to complex organic molecules. The analysis of the profiles of more than 1000 lines belonging 70 species firmly establishes the presence of two distinct velocity components, associated with the two objects, A and B, forming the IRAS16293-2422 binary system. In the source A, the line widths of several species increase with the upper level energy of the transition, a behavior compatible with gas infalling towards a ~1 Mo object. The source B, which does not show this effect, might have a much lower central mass of ~0.1 Mo. The difference in the rest velocities of both objects is consistent with the hypothesis that the source B rotates around the source A. This spectral survey, although obtained with single-dish telescope with a low spatial resolution, allows to separate the emission from 2 different components, thanks to the large number of lines detected. The data of the survey are public and can be retrieved on the web site http://www-laog.obs.ujf-grenoble.fr/heberges/timasss.

연구 동기 및 목표

• 저질량 원시성인 IRAS16293-2422에 대한 완전하고 편향 없는 밀리미터 및 서브밀리미터 스펙트럼 조사를 수행하기 위해.
• 고질량 핫코어에 비해 저질량 원시성에 대한 종합적인 스펙트럼 조사가 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 다량의 검출된 분자선을 활용하여 이중성계의 두 성분 A와 B의 복사원을 분리해내기 위해 운동학적 구조를 분석하기 위해.
• 특히 소스 A에서 낙하 서명을 테스트하기 위해 두 성분의 기체 물리 조건과 역학 상태를 규명하기 위해.
• 향후 저질량 항성 형성에 관한 천체화학적 및 물리적 연구를 위해 공개 가능한 고해상도 스펙트럼 선 데이터베이스를 제공하기 위해.

제안 방법

• IRAM 30 m 및 JCMT 15 m 전파망원경을 사용하여 약 300시간의 통합 시간을 확보한 200 GHz 스펙트럼 조사 수행.
• 두 전파망원경 간의 데이터를 철저히 교정하여 스펙트럼 일관성과 복사 강도 정확도를 확보.
• CASSIS 및 GILDAS-CLASS 소프트웨어 패키지를 사용하여 신호 대 잡음비 ≥3이고 혼합이 최소한인 모든 복사선을 식별.
• 검출된 선들을 가우시안 프로파일로 피팅하여 선 중심 주파수, 반폭 전체 너비(FWHM), 통합 복사강도 등의 운동학적 매개변수 유도.
• 선 폭이 상위 준위 에너지에 따라 어떻게 변화하는지 분석하여 낙하 또는 회전과 같은 역학적 과정을 추론.
• 선의 중심 주파수와 속도 이격을 사용하여 이중성계의 두 성분 A와 B에서의 복사원을 구분.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3, 2, 1 및 0.8 mm 대역에서 저질량 원시성 IRAS16293-2422의 분자선 구성과 운동학적 구조는 어떻게 되는가?
• RQ2 선 운동학을 기반으로 이중성계의 두 성분(A와 B)의 복사원을 분간할 수 있는가?
• RQ3 소스 A에서 전이의 상위 준위 에너지가 증가함에 따라 선 폭이 증가하는 경향이 관찰되며, 이는 기체 낙하의 증거인가?
• RQ4 두 성분의 운동학적 거동으로부터 유도되는 역학적 질량은 얼마인가?
• RQ5 소스 A와 B 간의 물리 조건과 분자 자극 상태는 어떻게 다름?

주요 결과

• 신호 대 잡음비 ≥3인 4,037개의 선을 검출하여 약 20선/GHz의 선 밀도를 기록하였으며, 이는 고질량 핫코어와 유사한 수준이다.
• 검출된 선의 약 2/3이 복잡한 유기분자에서 기인하여 저질량 원시성에서 풍부한 화학 반응이 일어나고 있음을 시사한다.
• 70종의 분자에서 유래한 1,000개 이상의 선을 분석한 운동학적 분석 결과, 이중성계의 두 성분 A와 B에 해당하는 별도의 속도 성분이 확인되었다.
• 소스 A에서는 전이의 상위 준위 에너지가 증가함에 따라 선 폭이 증가하는 경향을 보였으며, 이는 약 1 M⊙의 중심 질량으로 향하는 기체 낙하와 일치하는 서명이다.
• 소스 B에서는 이러한 경향이 관찰되지 않아 약 0.1 M⊙의 훨씬 낮은 중심 질량을 지닌 것으로 나타나, 낮은 질량의 천체이거나 더 안정된 환경임을 시사한다.
• 두 성분 간의 속도 이격은 소스 B가 소스 A를 도는 것으로 일관되며, 이는 이중성계 구조를 지지한다.