[論文レビュー] Protostellar Outflows at the EarliesT Stages (POETS). II. A possible radio synchrotron jet associated with the EGO G035.02+0.35

A. Sanna, L. Moscadelli+8 more|arXiv (Cornell University)|Jan 24, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 41被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、G035.02+0.35星形成領域に存在する若い巨大原始星が駆動する電波ジェットにおいて、非熱的シンクロトロン放射の初検出を、Cバンド、Kuバンド、Kバンドの高分解能VLA観測を用いて行った。中心源から約10,000 auの位置に位置する2つの対称的な knot は、逆転した電波スペクトル（α ≈ -0.1）を示しており、衝撃波で加速された相対論的電子を示しており、推定される磁界強度は0.7–1.3 mGであり、機械的力は最大で3.2×10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹に達する。

ABSTRACT

Centimeter continuum observations of protostellar jets have revealed the presence of knots of shocked gas where the flux density decreases with frequency. This spectrum is characteristic of nonthermal synchrotron radiation and implies the presence of both magnetic fields and relativistic electrons in protostellar jets. Here, we report on one of the few detections of nonthermal jet driven by a young massive star in the star-forming region G035.02$+$0.35. We made use of the NSF's Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) to observe this region at C, Ku, and K bands with the A- and B-array configurations, and obtained sensitive radio continuum maps down to a rms of 10 $μ$Jy beam$^{-1}$. These observations allow for a detailed spectral index analysis of the radio continuum emission in the region, which we interpret as a protostellar jet with a number of knots aligned with extended 4.5 $μ$m emission. Two knots clearly emit nonthermal radiation and are found at similar distances, of approximately 10,000 au, each side of the central young star, from which they expand at velocities of hundreds km s$^{-1}$. We estimate both the mechanical force and the magnetic field associated with the radio jet, and infer a lower limit of $0.4 imes10^{-4} $M$_{\odot}$ yr$^{-1}$ km s$^{-1}$ and values in the range $0.7-1.3 $mG, respectively.

研究の動機と目的

• 原始星ジェットの初期進化段階における非熱的電波放射の同定と特徴化。
• 若い巨大原始星の噴流に存在する相対論的電子および磁界の調査。
• 電波スペクトル解析を用いて、ジェット内の機械的力および最小エネルギー磁界強度の推定。
• シンクロトロン放射が高衝撃速度での拡산的衝撃加速によって駆動されているという仮説の検証。
• 得られた磁界強度を、独立したゼーマン測定および理論モデルと比較。

提案手法

• Cバンド、Kuバンド、Kバンドにおける高感度の電波波長連続スペクトル観測を、Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) でAアレイおよびBアレイ構成を用いて実施。
• 10 μJy beam⁻¹の感度を達成した高ダイナミックレンジ・高空間分解能の電波連続スペクトルマップを作成し、ジェットknotの解像を可能にした。
• 放射成分のスペクトル指数解析（Sν ∝ ν^α）を実施し、熱的放射（α > 0）と非熱的放射（α < 0）の区別を図った。
• 最小エネルギー磁界強度の公式を適用：B_min = [4.5c₁₂(1+k)L_R]²/⁷(R³φ)⁻²/⁷、ここでシンクロトロン放射の全放射エネルギー（L_R）、源の半径（R）、体積充填率（φ）、スペクトル係数（c₁₂, k）を用いる。
• 電波成分のスペクトルエネルギー分布（SED）を用いて放射度およびスペクトル指数を導出し、α ≈ -0.1を示す2つのknot（CM3およびCM4）を特定。
• 磁界の整列および強度の妥当性を検証するため、偏光6.7 GHz CH₃OHメーザー観測データおよび先行のゼーマン測定結果と照合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若い巨大星によって駆動される原始星ジェットにおいて、非熱的シンクロトロン放射を検出できるか？
• RQ2 ジェットknot内の磁界強度はどの程度で、理論的および観測的推定値とどのように比較されるか？
• RQ3 ジェットの機械的力はどの程度で、観測された電波放射エネルギーおよび衝撃速度とどのように関係するか？
• RQ4 観測された電波スペクトル指数は、相対論的電子の拡散的衝撃加速と整合性があるか？
• RQ5 得られた磁界強度は、同様の領域における独立したゼーマン測定とどのように比較されるか？

主な発見

• 中心原始星から約10,000 auの位置に位置する2つの電波knot（CM3およびCM4）は、スペクトル指数α ≈ -0.1の逆転スペクトルを示しており、非熱的シンクロトロン放射を示している。
• knot内の磁界強度は、最小エネルギー公式を用いて1.3 mG（CM3）および0.7 mG（CM4）と推定され、同様の領域における独立したゼーマン測定と整合的である。
• ジェットの機械的力は最大で3.2×10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹と推定され、低イオン化度および高衝撃速度を仮定したモデルと整合的である。
• 約600 km s⁻¹のジェット速度は、効率的な拡散的衝撃加速を駆動するのに十分であり、シンクロトロン放射メカニズムを支持する。
• 中心源における偏光6.7 GHz CH₃OHメーザー放射はジェット軸と整列しており、噴流をコリメートする磁界の存在を独立して裏付ける証拠を提供している。
• 非常に初期の進化段階においても、巨大原始星ジェットで非熱的放射が検出されたことは、磁界が星形成の初期段階から噴流のコリメーションおよび粒子加速に重要な役割を果たしている可能性を示唆している。