[论文解读] Mid-infrared interferometry of massive young stellar objects. I. VLTI and Subaru observations of the enigmatic object M8E-IR

H. Linz, Th. Henning+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Jul 2, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 26被引用 22

一句话总结

本研究利用甚大望远镜干涉仪（VLTI）的MIDI仪器和昴望远镜的COMICS仪器进行中红外干涉测量，将大质量年轻恒星M8E-IR的空间分辨率提高至30毫角秒（45 AU），揭示其中心恒星明显膨胀且温度较低（10–15 M⊙，R > 100 R⊙），可能源于近期的高吸积事件。辐射转移建模未发现存在大范围原恒星盘（>100 AU）的确凿证据，但数据要求存在延伸的包层，且表明该天体可能正处于FU Orionis型爆发阶段。

ABSTRACT

[abridged] Our knowledge of the inner structure of embedded massive young stellar objects is still quite limited. We attempt here to overcome the spatial resolution limitations of conventional thermal infrared imaging. We employed mid-infrared interferometry using the MIDI instrument on the ESO/VLTI facility to investigate M8E-IR, a well-known massive young stellar object suspected of containing a circumstellar disk. Spectrally dispersed visibilities in the 8-13 micron range were obtained at seven interferometric baselines. We resolve the mid-infrared emission of M8E-IR and find typical sizes of the emission regions of the order of 30 milli-arcseconds (~45 AU). Radiative transfer simulations have been performed to interpret the data. The fitting of the spectral energy distribution, in combination with the measured visibilities, does not provide evidence for an extended circumstellar disk with sizes > 100 AU but requires the presence of an extended envelope. The data are not able to constrain the presence of a small-scale disk in addition to an envelope. In either case, the interferometry measurements indicate the existence of a strongly bloated, relatively cool central object, possibly tracing the recent accretion history of M8E-IR. In addition, we present 24.5 micron images that clearly distinguish between M8E-IR and the neighbouring ultracompact HII region and which show the cometary-shaped infrared morphology of the latter source. Our results show that IR interferometry, combined with radiative transfer modelling, can be a viable tool to reveal crucial structure information on embedded massive young stellar objects and to resolve ambiguities arising from fitting the SED.

研究动机与目标

• 为克服传统中红外成像在研究大质量年轻恒星对象（MYSOs），特别是M8E-IR时的空间分辨率限制。
• 确定M8E-IR内层原恒星环境的几何结构与物理结构，尤其是原恒星盘或包层的存在。
• 检验观测到的光谱能量分布（SED）与干涉可见度是否与经典模型中假设的热中心恒星与球对称包层一致。
• 基于观测到的恒星膨胀及缺乏可探测的电离区域，探究近期强吸积事件（如FU Orionis型爆发）的可能性。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台甚大望远镜干涉仪（VLTI）上的MIDI仪器，在基线长度10至100米之间进行中红外干涉测量，覆盖8–13 μm波段，获取光谱分辩的可见度数据。
• 利用昴望远镜上的COMICS仪器获取24.5 μm和10.5 μm的成像，以研究源区环境，并将M8E-IR与附近的超紧凑H II区区分开。
• 采用Robitaille等人（2007）的模型网格进行辐射转移建模，以拟合SED与干涉可见度，包括含与不含原恒星盘的模型。
• 将模型预测与观测到的可见度及SED进行比较，使用一组具有不同中心恒星质量、半径与吸积率的原恒星模型网格。
• 分析(u,v)平面的可见度谱，评估发射的时空频率依赖性，推断源的大小与非对称性。
• 通过12 μm可见度谱的倾角平均切片，将模型预测与数据进行比较，重点关注偏离径向对称性的偏差。

实验结果

研究问题

• RQ1 M8E-IR的中红外发射是否起源于此前推测的超过100 AU的原恒星盘？
• RQ2 观测到的SED与干涉可见度分布是否与经典模型中热中心恒星被球对称包层包围的假设一致？
• RQ3 能否通过近期高吸积导致的膨胀且温度较低的中心恒星来解释长基线处观测到的高可见度？
• RQ4 延伸包层在塑造观测到的中红外发射中起什么作用？它是否足以解释数据而无需引入原恒星盘？
• RQ5 基于恒星膨胀及缺乏可探测电离区域的证据，M8E-IR中是否存在近期FU Orionis型爆发的迹象？

主要发现

• M8E-IR的中红外发射在约30毫角秒（45 AU）的尺度上被解析，对应于距离1.25–1.5 kpc处的物理尺度约45 AU。
• 观测到的可见度显著高于经典模型（假设热中心恒星与球对称包层）的预测值，表明与标准假设存在偏离。
• 最佳拟合的辐射转移模型要求中心恒星质量为10–15 M⊙，且明显膨胀（R > 100 R⊙），有效温度低于5000 K，与高吸积率一致。
• 数据未提供存在超过100 AU的原恒星盘的确凿证据；含包层与不含包层的模型均能类似地拟合SED与可见度。
• 干涉数据与紧凑且炽热的中心源不一致，反而支持一个空间扩展、温度较低且膨胀的中心天体，可能反映了近期的吸积历史。
• 昴望远镜24.5 μm成像清晰地将M8E-IR与邻近的超紧凑H II区分离，揭示后者呈彗星状形态，并确认不存在可探测的厘米波长连续辐射源，与因高吸积而被抑制的H II区一致。