[論文レビュー] Dissecting an intermediate-mass (IM) protostar: Chemical differentiation in IC1396N

A. Fuente, A. Castro‐Carrizo+7 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 25被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、3.1 mmと分子線（N₂H⁺, CH₃CN, ¹³CS）を用いた高分解能ALMAに類似した干渉計観測を通じて、中質量系のプロト星IC1396 Nにおける化学的・物理的差異を明らかにした。[CH₃CN]/[N₂H⁺]比は20 Kから100 Kにかけて5桁増加し、温度依存的な化学的層化が示された。CH₃CNは暖かい内側領域（IRAM 2A）で支配的であり、N₂H⁺は冷たい外側トロイドガスを示している。これは、IRAM 2Aが巨大Be星の前身ではなく、低〜中質量（ヘルビッヒAe）星である可能性を示唆している。

ABSTRACT

We have carried out high-angular resolution (1.4") observations in the continuum at 3.1mm and in the N2H+ 1-0, CH3CN 5_k-4_k and 13CS 2-1 lines using the Plateau de Bure Interferometer (PdBI) towards the intermediate mass (IM) protostar IRAS21391+5802 (IC1396N). In addition, we have merged the PdBI images with previous BIMA (continuum data at 1.2mm and 3.1mm) and single-dish (N2H+ 1-0) data to have a comprehensive description of the region. The combination of our data with BIMA and 30m data show that the bipolar outflow associated has completely eroded the initial molecular globule. The 1.2mm and 3.1mm continuum emissions are extended along the outflow axis tracing the warm walls of the biconical cavity. Most of the molecular gas, however, is located in an elongated feature in the direction perpendicular to the outflow. A strong chemical differentiation is detected across the molecular toroid, with the N2H+ 1-0 emission absent in the inner region.This chemical differentiation can be understood in terms of the different gas kinetic temperature. The [CH3CN]/[N2H+] ratio increases by 5 orders of magnitude with gas temperature, for temperatures between 20K and 100K. The CH3CN abundance towards IRAM 2A, the most massive protostellar core, is similar to that found in hot corinos and lower than that expected towards IM and high mass hot cores. This could indicate that IRAM 2A is a low mass or at most Herbig Ae star (IRAM 2A) instead of the precursor of a massive Be star. Alternatively, the low CH3CN abundance could also be the consequence of IRAM 2A being a Class 0/I transition object which has already formed a small photodissociation region (PDR).

研究の動機と目的

• 中質量系プロト星IRAS 21391+5802（IC1396 N）における約1000 AUスケールでの物理的構造と化学的差異を調査すること。
• 分子線および連続スペクトル放射の観測を用いて、中心プロト星核の進化段階と質量を特定すること。
• ガス温度がプロト星環境の化学的構造に与える影響を調査すること。
• 分子分圧比に基づいて、IRAM 2Aが低〜中質量プロト星か、それとも巨大Be星の前身であるかを評価すること。

提案手法

• 3.1 mm連続スペクトルおよびN₂H⁺ 1→0、CH₃CN 5k→4k、¹³CS 2→1線での高分解能（1.4"）観測を、プラトー・ド・ブール干渉計（PdBI）を用いて実施した。
• 空間的ダイナミックレンジを完全に得るため、PdBIデータにアーカイブ済みのBIMA（1.2 mmおよび3.1 mm連続スペクトル、N₂H⁺ 1→0）データおよび単眼電波望遠鏡30 mのデータを統合した。
• [CH₃CN]/[N₂H⁺]分圧比を化学的温度計として用い、20 Kから100 Kにかけて5桁増加する強力な温度依存性を活用した。
• 連続スペクトルおよび分子線スペクトルの形態を分析し、プロト星核（チリ連続スペクトルおよびCH₃CN）と拡張したクラウド（N₂H⁺のみ）を区別した。
• 力学的温度勾配を用いた化学的構造のモデル化を行い、観測された化学的分離をプロト星加熱の熱的トレーサーとして解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中質量系プロト星IC1396 Nの約1000 AUスケールにおける物理的構造と温度分布はいかなるものか？
• RQ2 双極性アウトフローに垂直な方向に、分子トロイド内での化学組成はどのように変化するか？
• RQ3 中心プロト星核IRAM 2Aの進化段階は何か？これは巨大Be星の前身と整合的か？
• RQ4 [CH₃CN]/[N₂H⁺]分圧比は、中質量プロト星環境におけるガス力学的温度の信頼できるトレーサーとして機能するか？
• RQ5 IC1396 Nにおけるエネルギーの高い双極性アウトフローの起源と駆動機構は何か？どの核が主な駆動源か？

主な発見

• 双極性アウトフローは初期の分子グロブールを完全に侵食しており、1.2 mmおよび3.1 mm連続スペクトル放射はアウトフロー軸に沿った二重錐状空洞の温かい壁をトレースしている。
• 大部分の分子ガスは、アウトフローに垂直な方向に伸びる細長い構造に集中しており、空洞の壁に沿って分子トロイドを形成している。
• 明確な化学的差異が観測された：CH₃CNの放射は内側の暖かい領域（IRAM 2A）で強く、N₂H⁺の放射は内側領域には存在しないが、外側の冷たいトロイドで顕著である。
• [CH₃CN]/[N₂H⁺]分圧比は、ガス温度が20 Kから100 Kに上昇するにつれて5桁増加し、これが化学的温度計としての有効性を裏付けた。
• IRAM 2AにおけるCH₃CN分圧は約10⁻¹⁰であり、ホットコリノや中〜高質量ホットコアに予想される値よりも低い。
• この低CH₃CN分圧は、IRAM 2Aが巨大Be星の前身ではなく、低〜中質量（ヘルビッヒAe）星である可能性を示唆している、あるいは、光分解領域が発達しつつあるクラス0/I遷移対象である可能性を示唆している。