[論文レビュー] Infrared Observations of Hot Gas and Cold Ice toward the Low Mass Protostar Elias 29

A. C. A. Boogert, Aggm Tielens+6 more|University of Groningen research database (University of Groningen / Centre for Information Technology)|May 2, 2000

Molecular Spectroscopy and Structure参考文献 1被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、低質量のクラスIのプロト星Elias 29の最初の完全な1–200 μm ISOスペクトルを提示し、T_ex > 300 Kの高温のCOおよびH₂Oガス、および冷たい氷の吸収バンド（CO、CO₂、H₂O、および6.85 μmの特徴）を明らかにした。高気温のガスは、進化した高質量プロト星に類似しているが、氷の熱的処理は検出されなかった—これは、低質量プロト星では、ディスクの遮蔽や異なるエンベロープ構造による、高質量プロト星とは異なる加熱機構が働くことを示唆している。

ABSTRACT

We have obtained the full 1-200 um spectrum of the low luminosity (36 Lsun) Class I protostar Elias 29 in the Rho Ophiuchi molecular cloud. It provides a unique opportunity to study the origin and evolution of interstellar ice and the interrelationship of interstellar ice and hot core gases around low mass protostars. We see abundant hot CO and H2O gas, as well as the absorption bands of CO, CO2, H2O and ``6.85 um'' ices. We compare the abundances and physical conditions of the gas and ices toward Elias 29 with the conditions around several well studied luminous, high mass protostars. The high gas temperature and gas/solid ratios resemble those of relatively evolved high mass objects (e.g. GL 2591). However, none of the ice band profiles shows evidence for significant thermal processing, and in this respect Elias 29 resembles the least evolved luminous protostars, such as NGC 7538 : IRS9. Thus we conclude that the heating of the envelope of the low mass object Elias 29 is qualitatively different from that of high mass protostars. This is possibly related to a different density gradient of the envelope or shielding of the ices in a circumstellar disk. This result is important for our understanding of the evolution of interstellar ices, and their relation to cometary ices.

研究の動機と目的

• 高動態範囲赤外分光法を用いて、低質量プロト星のエンベロープ内のガスおよび氷の物理的・化学的状態を調査すること。
• Elias 29のような低質量プロト星と、高質量で明るいプロト星との間で、ガスおよび固体状態の組成と氷の熱的処理を比較すること。
• 星形成過程で宇宙氷が低質量系に生存するか、そしてそれらがコメット的天体に保存されるかを特定すること。
• 周囲惑星ディスクおよびエンベロープ構造が、低質量プロト星における氷の熱的処理から守る役割を評価すること。
• ガスおよび氷の比濃度と励起状態を分析することで、Elias 29の進化段階を制約すること。

提案手法

• 遠赤外〜中赤外域にわたる感度を活かした、赤外宇宙望遠鏡（ISO）を用いて、Elias 29の完全な1–200 μmスペクトルを取得した。
• スペクトル内に現れる高温分子ガス（CO、H₂O）および固体状態の氷（CO、CO₂、H₂O、6.85 μmバンド）からの吸収特徴を特定および分析した。
• 励起温度解析（T_ex > 300 K）を用いて、内側エンベロープにおける高いガス温度を推定し、強い加熱を示唆した。
• 氷の比濃度を定量的に評価し、熱的処理の兆候（例：結晶化、バンドプロファイルの広がり）をバンドプロファイルの分析を通じて検討し、高質量プロト星と比較した。
• SEDのモデリングと観測された全柱密度（N_H ~ 1.2 × 10²³ cm⁻²）との比較を通じて、ディスクの幾何学的形状およびエンベロープ密度構造の役割を評価した。
• X線データ（フレア時におけるN_H ~ 2 × 10²³ cm⁻²）と照合し、ディスクの傾きや幾何学的形状を制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低質量プロト星Elias 29における高温ガスおよび冷たい氷の物理的状態は、高質量プロト星とどのように異なるか？
• RQ2 氷のバンドプロファイルから示唆されるように、低質量プロトスターレンジの宇宙氷はどの程度熱的処理を受けるか？
• RQ3 低質量プロト星における周囲惑星ディスクが、氷の熱的処理から守る役割を果たすか？
• RQ4 なぜ低質量プロト星Elias 29は、高質量プロト星とは異なり、高温ガスを示しながらも処理を受けていない氷を示すのか？
• RQ5 観測されたSEDおよび吸収特徴は、特定の傾斜角および密度構造を持つディスク＋エンベロープモデルで説明可能か？

主な発見

• Elias 29のスペクトルには、300 Kを超える励起温度を示す、高温COおよびH₂Oガスからの強い吸収特徴が観測され、内側エンベロープでの顕著な加熱を示している。
• CO、CO₂、H₂Oおよび6.85 μmの特徴を含む豊富な氷が検出されたが、結晶化やバンドプロファイルの広がりといった熱的処理の明確な兆候は認められなかった。
• 高質量プロト星（GL 2591など）に類似した高いガス温度を示す一方で、氷のプロファイルは、未発達な高質量源（NGC 7538:IRS9など）に類似しており、処理を受けていない。
• 熱的処理の欠如は、Elias 29の氷が、周囲惑星ディスクや拡張したエンベロープ幾何学的形状によって高温環境から遮蔽されている可能性を示唆している。
• 観測されたH₂O:CO₂氷比濃度は、宇宙氷の組成と整合的であり、プロト星進化過程での化学的変化が最小限であることを示している。
• SEDおよび全柱密度制約（N_H ~ 1.2 × 10²³ cm⁻²）は、中程度から高い傾斜角（おそらく縁上）のディスクを示唆しており、これは吸収スペクトルおよびX線全柱密度の変動を説明する要因となっている。