[논문 리뷰] The Circumstellar Environments of High-Mass Protostellar Objects I: Submillimetre Continuum Emission

S. J. Williams, G. A. Fuller외 1명|ArXiv.org|2004. 01. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 35인용 수 69

한 줄 요약

이 연구는 68개의 고질량 원성운 후보에 대해 850 및 450 μm에서 마이크로미터 연속성 방출을 맵핑하여, 밀도 높은 내부 영역에서의 입자 성장을 나타내는 다양한 형태, 즉 밀도 높은 대칭 소스와 필라멘터리 구조를 규명하였다. 주요 발견은 평균 먼지 스펙트럼 지수 β = 0.9로, 이는 밀도 높은 내부 영역에서의 입자 성장을 시사하며, 클러스터 질량은 1–1000 M⊙이며, 동반성운 탐지율은 65%로 나타나 고질량 항성은 클러스터 환경에서 형성되며, 상당한 양의 껍질 구조를 가진다.

ABSTRACT

We present maps of the 850 micron and 450 micron continuum emission seen towards a sample of 68 high-mass protostellar candidates with luminosities ranging from 10^2.5 to 10^5 solar luminosity. Most of these candidate high-mass stars are in the earliest stages of evolution, and have not yet developed an ultra-compact HII region. We observe a variety of continuum emission morphologies, from compact symmetric sources through to multiple cores embedded in long filaments of emission. We find on average there is a 65% probability of an IRAS point-source having a companion detection at submillimetre wavelengths. The ratio of integrated flux to peak flux for our detections shows no strong dependence on distance, suggesting the emission we have observed is primarily from scale-free envelopes with power-law density structures. Assuming a near kinematic distance projection, the clumps we detect vary in mass from ~1 to over 1000 solar mass, with a mean clump mass of 330 solar mass, column density of 9x10^23 cm^-2 and diameter of ~0.6 pc. The high luminosity and low mass of the smallest clumps suggests they are accompanied by a minimal number of stellar companions, while the most massive clumps may be examples of young protogroups and protoclusters. We measure the spectral index of the dust emission (alpha) and the spectral index of the dust grain opacity (beta) towards each object, finding clumps with morphologies suggestive of strong temperature gradients, and of grain growth in their dense inner regions. We find a mean value for beta of 0.9, significantly smaller than observed towards UCHII regions.

연구 동기 및 목표

• 초기 단계의 고질량 원성운의 원형성 환경을 초단파 HII 영역 형성 이전에 특성화하기 위해.
• 초기 단계의 고질량 원성운 후보(고질량 원성운 후보, HMPO)에서의 마이크로미터 연속성 방출을 식별하고 맵핑하기 위해.
• 클러스터의 물리적 특성, 즉 질량, 밀도, 먼지 투과도를 결정하여 고질량 항성 형성 메커니즘을 이해하기 위해.
• 클러스터의 공간 분포와 다중성 구조를 조사하여 고질량 항성이 고립되어 있는지 또는 클러스터에서 형성되는지 평가하기 위해.
• 온도 기울기와 밀도 높은 껍질 내에서의 입자 성장을 탐색하기 위해 스펙트럼 지수 α와 β를 측정하기 위해.

제안 방법

• 제임스 클락 맥스웰 전리조화기(James Clerk Maxwell Telescope, JCMT)를 사용하여 850 μm 및 450 μm에서 마이크로미터 연속성 영상 촬영.
• 고광도, 먼지에 둘러싸인 원성운 후보를 식별하기 위해 IRAS 및 MSX 점원자료 목록에서 색 조건을 사용한 소스 선별.
• 은하계 회전을 가정하여 근접 운동 거리 투영을 통해 거리 추정.
• 광학 두꺼운 방출을 가정하여 광도 통합 및 먼지 투과도 모델을 사용하여 클러스터 질량과 열량 밀도 유도.
• 850 μm 및 450 μm에서의 광도 비율을 사용하여 스펙트럼 지수 α 계산하여 온도 구조 추론.
• 회색체 방출을 가정하여 마이크로미터 스펙트럼 에너지 분포 피팅을 통해 먼지 투과도 스펙트럼 지수 β 유도.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 초단파 HII 영역 형성 이전의 고질량 원성운 주변에서 마이크로미터 연속성 방출의 형태적 특징은 무엇인가요?
• RQ2 고질량 원성운 주변의 클러스터의 일반적인 질량, 크기, 열량 밀도는 무엇인가요?
• RQ3 먼지 방출의 스펙트럼 지수 α는 원형성 껍질 내 온도 기울기와 어떻게 관련이 있나요?
• RQ4 먼지 투과도 스펙트럼 지수 β의 값은 무엇이며, 이는 밀도 높은 영역에서의 입자 성장에 대해 무엇을 시사합니까?
• RQ5 고질량 원성운 후보 중 동반 클러스터를 가진 비율은 얼마이며, 그들의 공간 분포는 어떻게 되나요?

주요 결과

• 평균 먼지 투과도 스펙트럼 지수 β는 0.9 ± 0.4로, 일반적인 초단파 HII 영역보다 유의미하게 낮아, 밀도 높은 내부 클러스터 영역에서의 입자 성장을 시사한다.
• 최대 마이크로미터 연속성 광도에서 먼지 방출의 스펙트럼 지수 α는 2.6 ± 0.4이며, 이는 온도 기울기 또는 내부 가열을 나타내는 형태학적 특징을 시사한다.
• 클러스터 질량은 약 1 M⊙에서 1000 M⊙ 이상으로 변동하며, 평균은 330 M⊙이며, 평균 거리 4 kpc에서 평균 직경은 약 0.6 pc이다.
• 투영된 동반 클러스터 분포는 N_proj(r) ∝ r^−1.7로 나타나며, 이는 부피 밀도 N_vol(r) ∝ r^−0.75와 대응하며, 약 0.4 pc 간격에서 최대치를 보인다.
• IRAS 점원자료의 65%가 마이크로미터 동반성을 가짐으로써, 고질량 원성운 후보는 일반적으로 클러스터 환경에서 형성됨을 시사한다.
• 100 M⊙ 이상의 클러스터 질량 스펙트럼은 항성 초기 질량 함수와 유사하여, 원클러스터 형성에서 질량 불변 효율성을 시사한다.