[논문 리뷰] Warm Gas Towards Young Stellar Objects In Corona Australis Herschel/PACS Observations From The Digit Key Programme

J. E. Lindberg|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 53인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 허셜/PACS 적외선 원격 탐측 데이터를 사용하여, 조명을 받는 R Coronae Australis 영역 내 저질량 원형성성성성성에서 따뜻한 기체와-dust를 조사하며, 점원소 및 확산된 복사의 분리를 위해 탈중합 기법을 적용한다. 연구 결과, 허비그 B형 항성 R CrA로부터 오는 외부 조명이 분자 진동 온도를 증가시키지 않지만, OH 및 O와 같은 광분해 생성물을 강화시켜, 외부 가열이 핵심 복사 조건을 변화시키지 않고도 확산된 복사를 유도한다는 것을 밝혀냈다.

ABSTRACT

The effects of external irradiation on the chemistry and physics in the protostellar envelope around low-mass young stellar objects are poorly understood. The Corona Australis star-forming region contains the R CrA dark cloud, comprising several low-mass protostellar cores irradiated by an intermediate-mass young star. We study the effects on the warm gas and dust in a group of low-mass young stellar objects from the irradiation by the young luminous Herbig Be star R CrA. Herschel/PACS far-infrared datacubes of two low-mass star-forming regions in the R CrA dark cloud are presented. The distribution of CO, OH, H2O, [C II], [O I], and continuum emission is investigated. We have developed a deconvolution algorithm which we use to deconvolve the maps, separating the point-source emission from the extended emission. We also construct rotational diagrams of the molecular species. By deconvolution of the Herschel data, we find large-scale (several thousand AU) dust continuum and spectral line emission not associated with the point sources. Similar rotational temperatures are found for the warm CO ($282\pm4$ K), hot CO ($890\pm84$ K), OH ($79\pm4$ K), and H2O ($197\pm7$ K) emission, respectively, in the point sources and the extended emission. The rotational temperatures are also similar to what is found in other more isolated cores. The extended dust continuum emission is found in two ridges similar in extent and temperature to molecular mm emission, indicative of external heating from the Herbig Be star R CrA. Our results show that a nearby luminous star does not increase the molecular excitation temperatures in the warm gas around a young stellar object (YSO). However, the emission from photodissociation products of H2O, such as OH and O, is enhanced in the warm gas associated with these protostars and their surroundings compared to similar objects not suffering from external irradiation.

연구 동기 및 목표

• 저질량 젊은 항성 물체(YSO) 주변의 따뜻한 기체와 먼지의 화학 및 물리 조건에 영향을 미치는 빛나는 허비그 B형 항성으로부터의 외부 조명 효과를 이해하기 위해.
• R CrA로부터의 조명이 고립된 소스와 비교해 원형성성성성성의 분자 진동 온도를 증가시키는지 조사하기 위해.
• 탈중합 기법을 사용해 적외선 데이터에서 점원소 복사와 확산 복사를 분리하기 위해.
• CO, OH, H2O, [C II], [O I], 및 먼지 연속 스펙트럼의 회전 온도와 선 비율을 분석해 진동 조건과 가열 메커니즘을 평가하기 위해.

제안 방법

• R CrA 어두운 구름 내 두 개의 저질량 별 형성 영역을 커버하는 허셜/PACS 적분장치 스펙트로스코피 데이터 확보 (55–210 µm 범위).
• 데이터 큐브에서 점원소 복사와 확산 복사를 분리하기 위해 맞춤형 탈중합 알고리즘 적용.
• CO, OH, H2O 및 기타 물질의 회전도표를 구성해 회전 온도를 유도하고 진동 조건를 평가하기 위해.
• IRS7 및 IRS5 영역 간의 선 밝기 및 비율(예: OH/H2O, [O I]/OH, [O I]/CO) 비교를 통해 조명 효과 평가하기 위해.
• FIR 연속 및 스펙트럼 선 복사와 밀리미터파 분자 추적자(H2CO, CH3OH) 간의 상관관계 분석을 통해 외부로 가열된 물질 식별하기 위해.
• 13CO 회전도표를 사용해 광학 두께를 추정하고 중간 J CO 전이의 진동 조건 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 조명이 R CrA의 허비그 B형 항성으로부터 오는 저질량 YSO의 따뜻한 기체와 뜨거운 CO, OH, H2O의 회전 온도를 고립된 소스와 비교해 증가시키는가?
• RQ2 R CrA 영역의 확산된 적외선 복사가 외부로 가열된 기체와 먼지를 어떻게 추적하며, 밀리미터파 분자 복사와 어떻게 상관관계를 가지는가?
• RQ3 CrA 영역에서 관측된 OH, O, [O I]와 같은 광분해 생성물의 선 비율 증가가 외부 조명에 의해 유도된 광분해 영역(PDR)을 나타내는가?
• RQ4 확산된 복사의 진동 조건이 중심 원형성성성성핵의 조건과 비교해 어떻게 다른가? 이는 가열의 기원에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 R CrA 영역의 대규모 분자 복사가 낮은 밀도 기체의 복사 진동에 의해 설명되는가, 아니면 이를 설명하기 위해 고밀도 추적자 필요가 있는가?

주요 결과

• IRS7 북측과 남측의 두 개의 릿지에서 관측된 40–50 K 범위의 확산 먼지 연속 복사가 H2CO 및 CH3OH 밀리미터 복사와 상관관계를 보이며, R CrA로부터의 외부 조명이 확산된 물질을 가열함을 시사한다.
• 점원소 복사와 확산 복사 모두에서 따뜻한 CO(282 ± 4 K), 뜨거운 CO(890 ± 84 K), OH(79 ± 4 K), H2O(197 ± 7 K)의 회전 온도가 유사하여, 외부 조명으로 인한 진동 증가가 없음을 나타낸다.
• 63.2 µm [O I] 선은 확산 영역에서 강하게 증가해, 외부 조명에 의해 유도된 광분해 영역(PDR) 존재를 뒷받침한다.
• OH/H2O, [O I]/H2O, [O I]/OH, [O I]/CO 등의 선 비율은 CrA 소스에서 다른 임베디드 물체보다 1.5–4.0배 증가해, PDR 유사 화학과 일치한다.
• 확산 복사에서 따뜻한 CO 성분의 회전 온도는 277 ± 7 K, 뜨거운 CO 성분은 829 ± 69 K이며, 이는 확산된 따뜻한 기체가 YSO의 내부 가열로만 기인하지 않음을 시사한다.
• 더 강한 조명에도 불구하고, R CrA에 더 가까운 IRS7 영역은 IRS5보다 약간 높은 회전 온도를 보이며, 밀도가 높은 기체의 진동 조건이 외부 가열에 대해 저항력이 있음을 시사한다.