[論文レビュー] The VLTI/MIDI survey of massive young stellar objects - Sounding the inner regions around intermediate- and high-mass young stars using mid-infrared interferometry

P. A. Boley, H. Linz+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Aug 20, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 110被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、VLTI/MIDI機器を用いた中赤外干渉計測定を用い、20個の中質量および高質量の若年星形成対象（YSOs）の周囲の原始惑星系円盤構造を100 AU以内で調査した。その結果、顕著な非対称性と広範にわたる周囲物質が明らかになった。主な発見は、中赤外発光がディスクと噴流の混合から生じており、ケイ酸塩の吸収特徴から一様で分離したダストエンvelopeが存在することを示しており、高解像度を有するが、特定の構造への寄与を明確に特定するのは困難である。

ABSTRACT

We aim to characterize the distribution and composition of circumstellar material around young massive stars, and to investigate exactly which physical structures in these objects are probed by long-baseline mid-infrared interferometric observations. We used the two-telescope interferometric instrument MIDI of the Very Large Telescope Interferometer of the European Southern Observatory to observe a sample of 24 intermediate- and high-mass young stellar objects in the N band (8-13 micron). We had successful fringe detections for 20 objects, and present spectrally-resolved correlated fluxes and visibility levels for projected baselines of up to 128 m. We fit the visibilities with geometric models to derive the sizes of the emitting regions, as well as the orientation and elongation of the circumstellar material. Fourteen objects in the sample show the 10 micron silicate feature in absorption in the total and correlated flux spectra. For 13 of these objects, we were able to fit the correlated flux spectra with a simple absorption model, allowing us to constrain the composition and absorptive properties of the circumstellar material. Nearly all of the massive young stellar objects observed show significant deviations from spherical symmetry at mid-infrared wavelengths. In general, the mid-infrared emission can trace both disks and outflows, and in many cases it may be difficult to disentangle these components on the basis of interferometric data alone, because of the sparse spatial frequency coverage normally provided by current long-baseline interferometers. For the majority of the objects in this sample, the absorption occurs on spatial scales larger than those probed by MIDI. Finally, the physical extent of the mid-infrared emission around these sources is correlated with the total luminosity, albeit with significant scatter.

研究の動機と目的

• 100 AU未満のスケールで中質量および高質量の若年星形成対象（YSOs）の周囲物質の空間的分布と組成を特徴づけること。
• 長基線中赤外干渉計測定がどの物理的構造（ディスク、噴流、エンvelope）をプローブしているかを特定すること。
• 深く埋もれた質量の大きなYSOに対して干渉計測定データを解釈するための幾何学的モデルの信頼性を評価すること。
• ケイ酸塩吸収特徴を用いて周囲物質のダスト組成と減光特性を制約すること。
• 今後の研究のために、低減済みの波長分解干渉計測定データを公開すること。

提案手法

• 8–13 µmの波長域で、非常に大型望遠鏡干渉計（VLTI）に搭載されたMIDI機器を用いて、長基線中赤外干渉計測定を実施した。
• 最大128 mの投影基線を用い、波長分解された相関輝度と可視度を測定し、数十ミリ秒オーダーの角分解能を達成した。
• 観測された可視度を幾何学的モデル（例：2次元ガウス、2D1D）にフィットさせ、発光領域のサイズ、方位、縦横比を導出した。
• 前方に配置されたケイ酸塩ダストスクリーンを仮定した単純な吸収モデルを相関輝度スペクトルに適用し、光学的厚さと粒子組成を制約した。
• MIDIデータと既存のKeckおよび文献上の干渉計測定データを統合し、モデルの制約を強化した。
• OIFITSフォーマットを用いて、低減・キャリブレーション済みの干渉計測定データをCDSを通じて公開した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 100 AU未満のスケールで、質量の大きなYSOの周囲物質の空間的構造はどのようなものか？
• RQ2 中赤外干渉計測定データは、発光に寄与するディスクと噴流の寄与をどの程度明確に区別できるか？
• RQ3 サンプルに含まれる質量の大きなYSOの間で、ダストの物理的性質（組成、粒子サイズ、光学的厚さ）はどのように変化するか？
• RQ4 10 µmのケイ酸塩特徴を示す吸収物質は、MIDIがプローブするスケールで空間的に分解可能か、あるいは一様に分布しているか？
• RQ5 中赤外発光サイズと質量の大きなYSOの全放射光度との相関関係は何か？

主な発見

• 観測された質量の大きなYSOのほぼすべてが、中赤外発光において球対称性から顕著に逸脱しており、複雑な周囲構造を示している。
• 中赤外発光はディスクと噴流の両方をトレースしており、干渉計測定データだけでは、これらの成分を信頼性高く分離できない。これは、空間周波数カバレッジが不足しているためである。
• 14個の源で10 µmのケイ酸塩特徴が吸収として観測され、そのうち13個の源では、粒子サイズと組成を変化可能な前方スクリーンモデルによるケイ酸塩ダストが相関輝度を適切にフィットした。
• 吸収物質はMIDIがプローブするスケールよりも大きなスケールで空間的に拡張しており、コンパクトな発光領域とは分離していることが示された。
• 中赤外発光サイズと全放射光度との間にやや弱い相関関係が認められたが、散乱が大きく、進化段階や幾何学的形状の多様性を示している。
• 可視度および相関輝度測定を含む低減済みMIDIデータは、今後の分析のためにOIFITSフォーマットで公開されている。