[논문 리뷰] Very compact radio emission from high-mass protostars. I. CRL 2136: Continuum and water maser observations

K. M. Menten, F. van der Tak|ArXiv.org|2003. 10. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 45인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 CRL 2136의 고질량 형성 중인 별 IRS 1에서 약한, 광학적으로 두꺼운 전파 연속기여를 고해상도 VLA 관측을 통해 확인하였으며, 43.3 GHz까지의 스펙트럼 지수 α ≈ 1.2를 나타내어 자유-자유 방출일 가능성이 있으며, 이는 제트에서 기인할 수 있음을 시사한다. 물질 마저는 600×1000 AU 영역에 국한되어 있으며, 시스템적 속도 대비 최대 4 km s⁻¹만큼 빨간편이 되어 있으며 연속기여원과 정확히 겹쳐져 있어, 이는 고질량 형성 중인 별 근처의 밀도가 높고 수축하는 기체에서 기인할 가능성이 크며, 이중성 분출과 관련이 없는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

We report 5-43 GHz radio observations of the CRL 2136 region at 0.6-6 arcsec resolution. We detect weak (mJy intensity) radio emission from the deeply embedded high-mass protostar IRS 1, which has an optically thick spectrum up to frequencies of 22 GHz, flattening at higher frequencies, which might be explained by emission from a jet. Water maser mapping shows that the strong emission observed redshifted relative to the systemic velocity is spatially coincident with the optically thick continuum emission. The H2O maser emission from this object (and others we know of) seems to have a different origin than most of these masers, which are frequently tracing bipolar high-velocity outflows. Instead, the CRL 2136 H2O emission arises in the close circumstellar environment of the protostar (within 1000 AU). We speculate that most of it is excited in the hot, dense infalling gas after the accretion shock, although this cannot explain all the H2O emission. An accretion shock nature for the continuum emission seems unlikely.

연구 동기 및 목표

• CRL 2136의 깊이 매몰된 고질량 형성 중인 별 IRS 1으로부터 고해상도(1초 이하)에서 약한 전파 연속기여를 탐지하고 특성화하는 것.
• CRL 2136의 별주위 환경에서 H2O 마저 방출의 기원을 조사하며, 특히 연속기여원과의 공간적 및 운동학적 관계를 규명하는 것.
• 전파 연속기여가 제트에서 기인하는지 질량 축적 충격에서 기인하는지 확인하고, 그 스펙트럼적 특성을 평가하는 것.
• CRL 2136의 H2O 마저가 이중성 분출과 관련이 없는 새로운 유형의 마저일 가능성, 즉 수축하거나 질량 축적 물질과 관련된 마저일 수 있음을 탐색하는 것.
• 마저와 연속기여 데이터를 이용하여 형성 중인 별계의 내부 영역에서의 물리 조건(온도, 밀도)을 제약하는 것.

제안 방법

• 0.′′6에서 6′′ 해상도로 Very Large Array (VLA)를 사용하여 CRL 2136의 5–43 GHz 연속기여 및 H2O 마저 선 관측을 수행함.
• 8.4, 14.9, 43.3 GHz에서의 복사 밀도를 사용하여 스펙트럼 지수 α를 추정함. S ∝ ν^α를 가정함.
• 22 GHz에서 H2O 마저의 공간 분포를 매핑하여, 연속기여원에 대한 상대적 속도 구조와 공간 범위를 규명함.
• 서브초 해상도 정밀도로 마저 및 연속기여 지도를 교차 정렬하여 공간적 일치도 및 잠재적 물리적 연관성을 평가함.
• 9년간의 안정성(속도 ≈ 27.1 km s⁻¹, ±0.1 km s⁻¹ 이내)을 보인 강력한 마저 특징을 장기적인 물리 조건의 진단 도구로 사용함.
• 질량 축적 충격에서 기인하는 자유-자유 방출 모델( Neufeld & Hollenbach 1996)과 제트 유도 방출 모델(Tan 2003)을 평가하여 관측된 전파 스펙트럼을 해석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 CRL 2136의 IRS 1에서 탐지된 약한, 밀집된 전파 연속기여의 기원은 무엇인가요?
• RQ2 H2O 마저의 공간적 및 운동학적 분포는 전파 연속기여원과 형성 중인 별과 어떻게 관련되어 있나요?
• RQ3 CRL 2136의 H2O 마저는 제트나 분출에서 기인하는 것일까요, 아니면 수축하거나 질량 축적 물질과 관련된 것일까요?
• RQ4 관측된 전파 연속기여의 스펙트럼 지수(α ≈ 1.2)는 제트 또는 질량 축적 충격 모델로 설명될 수 있나요?
• RQ5 CRL 2136의 H2O 마저는 고속 이중성 분출과 관련이 없는 새로운 유형의 마저를 나타내나요?

주요 결과

• CRL 2136의 IRS 1에서의 전파 연속기여는 22 GHz까지 광학적으로 두껍고, 43.3 GHz까지의 스펙트럼 지수 α ≈ 1.2를 나타내어 자유-자유 방출일 가능성이 있으며, 이는 제트에서 기인할 수 있음을 시사한다.
• 43.3 GHz에서 연속기여원이 해상도가 높아져 크기가 0.′′029 × 0.′′003(약 100 AU)로 확인되었으며, 이는 밀집된 HII 영역 또는 제트 기저와 일치하는 것으로 나타났다.
• H2O 마저는 600 × 1000 AU 영역에 국한되어 있으며, 가장 강한 방출은 27.1 km s⁻¹에서 관측되었고, 시스템적 속도 대비 최대 4 km s⁻¹만큼 빨간편이 되어 있었다.
• 가장 강력한 마저 특징은 최소 9년간 속도가 ±0.1 km s⁻¹ 이내로 안정되어 있었으며, 장기간 지속되는 안정된 물리적 구조를 시사한다.
• 마저 방출은 공간적으로 전파 연속기여원과 겹쳐져 있어, 마저와 중심 형성 중인 별 사이에 밀접한 물리적 연관성이 있음을 시사한다.
• 마저는 형성 중인 별 근처(1000 AU 이내)의 뜨겁고 밀도가 높은 수축하는 기체에서 기인할 가능성이 크며, 질량 축적 충격 후 발생했을 가능성이 높고, 이중성 분출과는 관련이 없을 것으로 보인다.