[논문 리뷰] The Circumstellar Environment of High-Mass Protostellar Objects: IV. C17O Observations and Depletion

H. Thomas, G. A. Fuller|ArXiv.org|2007. 12. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 31인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 84개의 후보원자에 대해 C17O와 C18O J=2→1 관측을 통해 고질량 원형성운에서의 CO 탈구를 조사한다. 관측 결과, 먼지 또는 온도 변화로 설명되지 않는 광범위한 C17O 농도 변화가 관측되어 각 소스 간 CO 얼음화의 이질성이 있음을 시사한다. 좁은 CS 선 폭은 더 높은 C17O 농도와 상관관계를 보이며, 2–4×10⁵년에 걸쳐 냉각되고 밀도가 높은 조건이 지속될 경우 CO 탈구가 발생하는 진화적 순서를 시사한다.

ABSTRACT

We observe 84 candidate young high-mass sources in the rare isotopologues C17O and C18O to investigate whether there is evidence for depletion (freeze-out) towards these objects. Observations of the J=2-1 transitions of C18O and C17O are used to derive the column densities of gas towards the sources and these are compared with those derived from submillimetre continuum observations. The derived fractional abundance suggests that the CO species show a range of degrees of depletion towards the objects. We then use the radiative transfer code RATRAN to model a selection of the sources to confirm that the spread of abundances is not a result of assumptions made when calculating the column densities. We find a range of abundances of C17O that cannot be accounted for by global variations in either the temperature or dust properties and so must reflect source to source variations. The most likely explanation is that different sources show different degrees of depletion of the CO. Comparison of the C17O linewidths of our sources with those of CS presented by other authors reveal a division of the sources into two groups. Sources with a CS linewidth >3 km/s have low abundances of C17O while sources with narrower CS lines have typically higher C17O abundances. We suggest that this represents an evolutionary trend. Depletion towards these objects shows that the gas remains cold and dense for long enough for the trace species to deplete. The range of depletion measured suggests that these objects have lifetimes of 2-4x10^5 years.

연구 동기 및 목표

• 저질량 원형성운에서 관측된 것과 유사하게 고질량 원형성운에서도 CO 탈구가 발생하는지 조사하는 것.
• 희귀 이소토폴로이드인 C17O와 C18O를 통해 기체상 농도를 추적하여 CO 탈구의 정도와 분포를 규명하는 것.
• 관측된 농도 변화가 물리적 조건(온도, 먼지 특성) 때문인지, 아니면 소스 간 탈구 수준의 본질적 차이 때문인지 평가하는 것.
• C17O 농도와 CS 선 폭을 소스 연령과 진화 단계와 연관지어 고질량 원형성운의 진화적 상태를 탐색하는 것.

제안 방법

• C17O와 C18O의 J=2→1 천이선 관측은 JCMT에서 RxA3 및 RxB3 수신기와 DAS 자동상관기로 위치 스위칭 모드에서 수행되었다.
• 주 beam 온도는 주 beam 효율 보정(220 GHz에서 ηmb = 0.69, 337 GHz에서 ηmb = 0.63)을 사용해 안테나 온도에서 유도되었다.
• C17O의 통합 기울기 온도에서 광학 두께가 얕은 발광을 가정하고 알려진 이소토프 비율을 사용하여 C17O의 곡선 밀도를 계산하였다.
• WFS04의 마이크로파면 연속체 데이터는 먼지 곡선 밀도를 추정하고 기체-먼지 질량 비율을 비교하기 위해 사용되었다.
• C17O의 분수 농도는 C17O 곡선 밀도를 H₂ 곡선 밀도로 나누어 계산되었으며, H₂는 먼지 연속체에서 유추되었다.
• RATRAN을 사용한 복사전달 모델링은 일부 소스에 대해 적용되어 농도 변화가 모델링 가정의 산물이 아니라는 것을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고질량 원형성운에서 저질량 원형성운에서 관측된 것과 유사하게 C17O 농도 감소를 통해 CO 탈구가 발생하는가?

주요 결과

• C17O 분수 농도는 H₂ 대비 약 10⁻⁹에서 10⁻⁸의 광범위한 범위를 보이며, 일부 소스에서 상당한 탈구가 있음을 시사한다.
• 관측된 농도 변화는 먼지 온도나 투과도의 전반적 변화로는 설명될 수 없으며, 소스 간 탈구 수준의 본질적 차이를 암시한다.
• CS 선 폭이 3 km s⁻¹를 초과하는 소스는 낮은 C17O 농도를 보이고, 반면 선 폭이 좁은 소스는 더 높은 C17O 농도를 보이며, 이는 진화 단계와의 상관관계를 시사한다.
• 관측된 경향은 초기에 역학적으로 활성적인 단계(넓은 선 폭)가 지나고, 이후 차가우며 밀도가 높은 상태(좁은 선 폭)로 이어져 CO 얼음화가 장기간 지속되는 진화적 순서를 암시한다.
• 추정된 탈구 시간 스케일은 2–4×10⁵년으로, 차가우며 밀도가 높은 핵에서 CO가 얼어붙는 데 필요한 기간과 일치한다.
• RATRAN 모델링을 통해 관측된 농도 분포가 모델링 가정의 산물이 아니며 실제로 물리적으로 실현 가능하다는 것이 확인되었다.