[논문 리뷰] Tracing jet emission at the base of a high-mass YSO. First AMBER/VLTI observations of the Brγemission in IRAS 13481-6124

A. Caratti o Garatti, B. Stecklum외 10명|Figshare|2016. 03. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 34인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 고질량 젊은 항성체 IRAS 13481-6124의 Brγ 복사선에서 처음으로 AMBER/VLTI를 이용한 중해상도 간섭측정 관측을 수행한다. 관측 결과, Brγ 복사선은 주로 고속의 유동(최대 500 km s⁻¹)을 보이는 콘두된 이온화된 제트에서 기인하며, 저속 성분은 중심 소스 주변 2 au 이내의 기체를 따라 퍼져 있음을 시사한다. 이는 제트의 발원지 또는 디스크 풍의 영역일 가능성이 높다.

ABSTRACT

To probe the circumstellar environment of IRAS 13481-6124, a 20 M_sun high-mass young stellar object (HMYSO) with a parsec-scale jet and accretion disc, we investigate the origin of its Brγ-emission line through NIR interferometry. We present the first AMBER/VLTI observations of the Brγ-emitting region in an HMYSO at R~1500. Our AMBER/VLTI observations reveal a spatially and spectrally resolved Brγ-line in emission with a strong P Cygni profile, indicating outflowing matter with a terminal velocity of ~500 km/s. Visibilities, differential phases, and closure phases are detected in our observations within the spectral line and in the adjacent continuum. Both total visibilities (continuum plus line emitting region) and pure-line visibilities indicate that the Brγ-emitting region is more compact (2-4 mas in diameter or ~6-13 au at 3.2 kpc) than the continuum-emitting region (~5.4 mas or ~17 au). The absorption feature is also spatially resolved at the longest baselines (81 and 85 m) and has a visibility that is slightly smaller than the continuum-emitting region. The differential phases at the four longest baselines display an \u2018S\u2019-shaped structure across the line, peaking in the blue- and red-shifted high-velocity components. The calibrated photocentre shifts are aligned with the known jet axis, i.e they are probably tracing an ionised jet. The high-velocity components (v_r~100-500 km/s) are located far from the source, whereas the low-velocity components (0-100 km/s) are observed to be closer, indicating a strong acceleration of the gas flow in the inner 10 au. Finally, a non-zero closure phase along the continuum is detected. By comparing our observations with the synthetic images of the continuum around 2.16 um, we confirm that this feature originates from the asymmetric brightness distribution of the continuum owing to the inclination of the inner disc.

연구 동기 및 목표

• 고각해상도 간섭측정을 통해 고질량 YSO인 IRAS 13481-6124의 Brγ 복사선 기원을 규명한다.
• Brγ 복사선이 중심 물질의 붕괴, 유동, 또는 제트 구조물에서 기인하는지 여부를 확인한다.
• Brγ 복사선의 공간 및 스펙트럼적 구조를 분해하여 복사선 기원에 대한 경쟁적 물리 모델을 구분한다.
• 이온화된 유동의 기하학적 형태와 운동학적 특성, 그리고 중심 붕괴 디스크 및 파섹 규모 제트와의 연관성을 제약한다.

제안 방법

• AMBER 장치를 이용해 VLTI에서 Brγ 복사선을 중해상도(R ≈ 1500)로 근적외선 간섭측정을 수행하여 IRAS 13481-6124의 관측을 수행하였다.
• Brγ 스펙트럼선과 인접한 연속기에서 총 밀도, 차등 위상, 폐쇄 위상을 측정하여 공간적 구조와 비대칭성을 분석하였다.
• 차등 위상에서 유도된 보정된 광중심 이동을 이용해 움직이는 기체 성분의 방향과 범위를 추적하였다.
• 연속기(2.16 µm)의 시뮬레이션 이미지와 관측된 간섭측정 결과를 비교하여 비대칭성을 기판 기울기로 기인하는 것으로 해석하였다.
• Brγ 선에서의 P Cygni 프로파일을 분석하여 유동 속도와 질량 손실 특성을 추론하였다.
• 비교적 빠른 속도(100–500 km s⁻¹)와 느린 속도(0–100 km s⁻¹) 성분을 밀도 및 위상 행동에 기반해 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRAS 13481-6124에서 Brγ 복사선의 공간적 기원은 무엇이며, 어떤 물리적 구성요소(붕괴, 디스크 풍, 제트)가 주로 기여하는가?
• RQ2 Brγ 복사선을 방출하는 기체의 운동학적 특성과 기하학적 형태는 알려진 파섹 규모의 콘두된 제트와 내부 디스크와 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ3 Brγ 복사선은 공간적으로 분해 가능한가? 그 밀도 프로파일은 방출 영역의 크기와 구조를 어떻게 드러내는가?
• RQ4 관측된 광중심 이동은 무엇으로 인해 발생하는가? 이는 제트 축선과 속도 성분과 어떻게 정렬되어 있는가?
• RQ5 간섭측정 데이터는 이온화된 제트 복사선과 다른 잠재적 원천(예: 유입 또는 붕괴 유동)을 구분할 수 있는가?

주요 결과

• Brγ 복사선은 종단 속도 약 500 km s⁻¹를 보이는 강력한 P Cygni 프로파일을 나타내며, 이는 고속의 이온화된 유동을 시사한다.
• Brγ 복사선 방출 영역은 연속기 방출 영역(~5.4 mas, 약 17 au)보다 더 작다(2–4 mas, 약 6–13 au, 거리 3.2 kpc 기준).
• 고속 성분(100–500 km s⁻¹)은 긴 기준선에서 공간적으로 분해되며, 알려진 제트 축선과 정렬된 광중심 이동을 보여, 콘두된 유동임을 확인한다.
• 저속 성분(0–100 km s⁻¹)은 더 작고(≤2 au) 중심 소스 주변의 제트 발원지 또는 디스크 풍 영역에서 기인할 가능성이 높다.
• 차등 위상은 청색 및 빨간색 이동 고속 날개에서 'S'자형의 구조를 보이며, 비대칭적이고 유동하는 운동을 확인한다.
• 연속기에서 비영제로 폐쇄 위상은 기울인 내부 디스크의 비대칭 밝기 분포로 기인하며, 제트 자체의 내재적 비대칭성 때문이 아니다.