[论文解读] A new probe of magnetic fields during high-mass star formation: Zeeman splitting of 6.7 GHz methanol masers

W. H. T. Vlemmings|ArXiv.org|Apr 7, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 50被引用 38

一句话总结

本研究首次利用100米埃费尔斯贝格望远镜在6.7 GHz甲醇脉泽中检测到塞曼分裂，实现了对大质量恒星形成区中磁场强度的直接测量。观测到的平均视线方向磁场强度为12 mG，经几何校正后的总磁场强度为23 mG，表明磁场在致密脉泽区域中具有动力学重要性，并为银河系磁场测绘提供了新探针。

ABSTRACT

Context: The role of magnetic fields during high-mass star formation is a matter of fierce debate, yet only a few direct probes of magnetic field strengths are available. Aims: The magnetic field is detected in a number of massive star-forming regions through polarization observations of 6.7 GHz methanol masers. Although these masers are the most abundant of the maser species occurring during high-mass star formation, most magnetic field measurements in the high-density gas currently come from OH and H2 O maser observations. Methods: The 100-m Effelsberg telescope was used to measure the Zeeman splitting of 6.7 GHz methanol masers for the first time. The observations were performed on a sample of 24 bright northern maser sources. Results: Significant Zeeman splitting is detected in 17 of the sources with an average magnitude of 0.56 m/s . Using the current best estimate of the 6.7 GHz methanol maser Zeeman splitting coefficient and a geometrical correction, this corresponds to an absolute magnetic field strength of 23 mG in the methanol maser region. Conclusions: The magnetic field is dynamically important in the dense maser regions. No clear relation is found with the available OH maser magnetic field measurements. The general sense of direction of the magnetic field is consistent with other Galactic magnetic field measurements, although a few of the masers display a change of direction between different maser features. Due to the abundance of methanol masers, measuring their Zeeman splitting provides the opportunity to construct a comprehensive sample of magnetic fields in high-mass star-forming regions.

研究动机与目标

• 利用6.7 GHz甲醇脉泽中的塞曼效应测量大质量恒星形成区中的磁场强度。
• 评估磁场在大质量恒星形成过程中致密气体中的动力学作用。
• 确立甲醇脉泽作为高密度区域磁场测量的新且丰富的探针。
• 将甲醇脉泽磁场测量结果与现有的OH和H2O脉泽数据进行比较。
• 探索甲醇脉泽塞曼分裂在构建全面银河系磁场图中的潜力。

提出的方法

• 对24个明亮的北天6.7 GHz甲醇脉泽源进行了100米埃费尔斯贝格望远镜的右旋和左旋圆偏振（RCP和LCP）观测。
• 采用连续互相关法，从RCP与LCP谱型之间的多普勒频移差中推导塞曼分裂。
• 应用当前最佳估计的6.7 GHz甲醇跃迁塞曼分裂系数，将频率分裂转换为磁场强度。
• 应用几何校正因子，从视线分量估算总磁场强度。
• 使用类星体（3C123、3C286、3C84）进行幅度校准，并校正了微小的RCP/LCP增益差异。
• 采用文献中的动力学距离，并将投影磁场矢量投影到银河系平面以提供空间背景信息。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能可靠地测量6.7 GHz甲醇脉泽中的塞曼分裂，从而确立其作为磁场探测的有效手段？
• RQ2 在大质量恒星形成过程中，由6.7 GHz甲醇脉泽追踪的致密气体中，典型的磁场强度是多少？
• RQ3 甲醇脉泽测得的磁场强度与方向如何与OH和H2O脉泽的结果比较？
• RQ4 大质量恒星形成区中，磁场强度与气体密度之间是否存在相关性？
• RQ5 甲醇脉泽塞曼测量能否用于绘制大尺度银河系磁场图？

主要发现

• 在24个观测源中，17个源检测到显著的塞曼分裂，检测率为70%。
• 甲醇脉泽区域的平均视线方向磁场强度为12 mG，经考虑磁场随机取向后的总磁场强度校正为23 mG。
• 未发现甲醇脉泽磁场强度与OH脉泽推导出的磁场强度之间存在明显相关性，可能由于空间分辨率差异和平均效应所致。
• 甲醇脉泽测得的磁场方向与OH脉泽结果一致，并与包含OH脉泽中磁场反转情况的大尺度银河系磁场模型相符。
• 观测到的磁场强度与气体密度呈B ∝ n^0.5关系，与理论模型及低密度分子云测量结果一致，表明磁场耦合在高密度下依然成立。
• 结果证实磁场在大质量恒星形成过程中致密气体中具有动力学重要性，且甲醇脉泽为未来大尺度磁场巡天提供了独特且丰富的探测手段。