[論文レビュー] NIR spectroscopic survey of protostellar jets in the star forming region IC 1396N

F. Massi, López, Rosario+3 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 42被引用数 1

ひとこと要約

本研究では、TNG望遠鏡を用いた低分解能長スリット分光法により、IC 1396N星形成領域内の原星ジェットにおけるH2ローバイブレーショナル発光の近赤外分光的調査を実施した。H2発光の主要な励起機構は衝撃励起であることが確認され、ジェットの前進運動を示す青シフトおよび赤シフト成分を同時に示す複雑な運動学的構造が明らかになった。また、流出クランプの物理的状態と減光度が制約され、BIMA 2という中質量源から起源をもつとされるストランドAおよびBの起源に関する仮説が疑問視された。

ABSTRACT

Abridged. The bright-rimmed cloud IC1396N hosts CO, H$_2$, and Herbig-Haro outflows powered by millimetre compact sources. We aim to characterise the kinematics and physical conditions of the H$_2$ emission features spread over IC1396N, which appear as chains of knots with a jet-like morphology, tracing different H$_2$ outflows, and to obtain further information about (and an identification of) the driving sources. Low-resolution, long-slit near-infrared spectra were acquired with NICS at the TNG, using grisms KB (R~1200), HK and JH (R~500). Several slit pointings and PA were used throughout IC1396N to sample a number of the H$_2$ knots previously detected in deep H$_2$ 2.12 $\mu$m images. The knots exhibit rich ro-vibrational spectra of H$_2$, consistent with shock-excited excitation, from which radial velocities and relevant physical conditions of the IC1396N H$_2$ outflows were derived. These also allowed estimating extinction ranges towards several features. [FeII] emission was only detected towards a few knots, which also display unusually large H$_2$ 1-0 S(3)/S(1) flux ratios. The obtained radial velocities confirm that most of the outflows are close to the plane of the sky. Nearby knots in the same chain often display different radial velocities, both blue-shifted and red-shifted, which we interpret as due to ubiquitous jet precession in the driving sources or the development of oblique shocks. One of the chains (strand A) appears as a set of features trailing a leading bow-shock structure consistent with the results of 3-D magneto-hydrodynamical models. Either side of the leading bow-shock (A15) exhibits a different radial velocity, whose possible explanations are discussed in the paper. Our data cannot confirm whether strands A and B have both been originated by the intermediate mass young stellar object BIMA 2.

研究の動機と目的

• IC 1396Nにおける原星流出におけるH2ローバイブレーショナル発光の励起機構を理解すること。
• 複数の流出に対して、H2発光クランプの運動学的および物理的状態（温度、減光度）を特徴づけること。
• 径方向速度とミリ波コンtinuumおよびCO流出との空間的相関を用いて、観測されたH2ジェット構造の駆動源を特定・位置づけること。
• ストランドAおよびBの複雑な形態が、BIMA 2からの単一の前進するジェットによって説明可能かどうかを評価すること。
• 観測されたH2運動学的および形態的特徴を3次元磁気流体力学的モデルと比較し、ジェットのダイナミクスおよび衝撃構造を評価すること。

提案手法

• TNG望遠鏡のNICS装置を用いて、グリズムKB（R ~1200）、HK、JH（R ~500）を用いた低分解能、長スリット近赤外分光法を実施した。
• 事前のH2 2.12 µm画像で検出されたH2クランプをカバーする複数の位置角にわたる空間分解分光を実施した。
• H2 1–0 S(1)、S(0)、S(2)遷移からの径方向速度を導出し、線間の一貫性を確認することで速度の信頼性を裏付けた。
• H2線比（例：1–0 S(1)/S(0)、1–0 S(1)/S(2)、1–0 S(3)/S(1)）を用いて、衝撃励起とUVフラーレンス励起のメカニズムを区別した。
• 局所的熱力学的平衡（LTE）を仮定し、検出されたすべてのH2線を用いて、励起温度（Tex）と視視減光度（AV）を同時に解いた。
• 観測されたH2クランプの形態および径方向速度構造を3次元磁気流体力学的モデルと比較し、バッシュショックおよび前進の兆候を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC 1396NのクランプにおけるH2ローバイブレーショナル発光の主な励起機構（衝撃励起対UVフラーレンス）は何か？
• RQ2 H2クランプの径方向速度は、流出が天球面に対してどのようないびつさと運動学的性質を示すかをどのように制約するか？
• RQ3 ストランドAおよびBの複雑な形態および運動学的構造は、BIMA 2からの単一の前進するジェットによって説明可能か？
• RQ4 異なるクランプチェーンにおけるH2発光ガスの物理的状態（Tex、AV）は何か？また、減光度および異なるバンドでの線検出との相関は？
• RQ5 ストランドAにおける観測された先頭バッシュショック構造は、ジェット流出の3次元MHDシミュレーションと整合的か？

主な発見

• IC 1396NにおけるH2ローバイブレーショナル発光は、衝撃励起が支配的であることが確認された。これは、衝撃励起と整合的で、UVフラーレンス励起と整合しないH2線比によって裏付けられた。
• H2クランプの径方向速度は−40〜+50 km s−1の範囲にあり、同じストランド内で青シフトおよび赤シフト成分が共存していることから、大多数の流出が天球面に近い位置にあることが示され、前進するジェットによって駆動されている可能性が示唆された。
• A1–A15クランプは、先頭バッシュショック構造（A15）を示し、東側および西側で異なる径方向速度を示しており、3次元MHDモデル予測の前進するジェットが密度勾配を通過するバッシュショックと整合的である。
• ストランドCは、A、B、G（AV = 5–10 mag）と比較して減光度が低い（AV = 0–2 mag）ため、CではJバンドのH2線が検出可能であるが、A1–A15およびB1–B11では検出不可能である。
• 高いH2 1–0 S(3)/S(1)輝度比と[Fe ii]発光は、A1–A15およびO1の最も減光度の高いクランプでのみ検出され、Cショックまたは複雑なショック構造が存在することを示唆した。
• 単純な前進モデルおよびBIMA 2近傍に質量を持つ公転物体を含むモデルの両方とも、ストランドAおよびBの空間的および運動学的配置を説明できないことから、より複雑な起源または別個の駆動源を示唆した。