[论文解读] Momentum-driven outflow emission from an O-type YSO: Comparing the radio jet with the molecular outflow

A. Sanna, L. Moscadelli+4 more|MPG.PuRe (Max Planck Society)|Nov 1, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 21被引用 10

一句话总结

本研究利用高分辨率VLA观测（22和45 GHz）首次在O型年轻恒星物体（YSO）G023.01–00.41的1000 AU以内，实现了对准直、热辐射射电喷流的解析检测。该喷流的动量传输率为8 × 10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹，驱动了大尺度分子喷流，动量转移效率接近1，表明射电喷流通过机械力直接驱动了喷流的大部分质量运动。

ABSTRACT

Aims: We want to study the physical properties of the ionized jet emission in the vicinity of an O-type young stellar object (YSO), and estimate how efficient is the transfer of energy and momentum from small- to large-scale outflows. Methods: We conducted Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) observations, at both 22 and 45 GHz, of the compact and faint radio continuum emission in the high-mass star-forming region G023.01-00.41, with an angular resolution between 0.3" and 0.1", and a thermal rms of the order of 10 uJy/beam. Results: We discovered a collimated thermal (bremsstrahlung) jet emission, with a radio luminosity (L_rad) of 24 mJy kpc^2 at 45 GHz, in the inner 1000 AU from an O-type YSO. The radio thermal jet has an opening angle of 44 degrees and brings a momentum rate of 8 10^-3 M_sun yr^-1 km/s. By combining the new data with previous observations of the molecular outflow and water maser shocks, we can trace the outflow emission from its driving source through the molecular clump, across more than two order of magnitude in length (500 AU-0.2 pc). We find that the momentum-transfer efficiency, between the inner jet emission and the extended outflow of entrained ambient gas, is near unity. This result suggests that the large-scale flow is swept-up by the mechanical force of the radio jet emission, which originates in the inner 1000 AU from the high-mass YSO.

研究动机与目标

• 测量O型YSO附近区域电离喷流发射的物理特性。
• 量化主喷流（射电喷流）向次级喷流（分子喷流）的动量与能量转移效率。
• 利用多波段数据，将喷流从<1000 AU的驱动源延伸至0.2 pc的较大尺度。
• 检验射电喷流是否为大尺度分子喷流的主要机械驱动力。

提出的方法

• 在22和45 GHz进行高灵敏度、高角分辨率（0.1–0.3 arcsec）的VLA观测，以检测紧凑射电连续辐射。
• 假设光学薄发射和球对称性，利用热轫致辐射发射识别并表征电离喷流。
• 应用动压平衡方程（公式2）估算喷流速度，基于H₂O脉泽速度与密度，假设激波气体与喷流气体之间的密度对比大于100。
• 结合射电喷流数据与先前的CO和SiO分子喷流观测以及H₂O脉泽运动学，追踪从500 AU到0.2 pc的喷流。
• 通过比较射电喷流的时间积分动量（p_jet = 160 M⊙ km s⁻¹）与观测到的分子喷流动量（116 M⊙ km s⁻¹），计算动量转移效率。
• 利用谱指数（α ≈ 0.6）推断速度结构，假设喷流速度随半径呈幂律依赖关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在O型YSO附近1000 AU范围内，电离喷流的物理特性（光度、动量率、速度）是什么？
• RQ2 射电喷流将动量高效传递给周围环境气体以驱动大尺度分子喷流的效率如何？
• RQ3 在500 AU至0.2 pc的动态范围内，射电喷流是否可以作为观测到的分子喷流的主要机械驱动力？
• RQ4 基于H₂O脉泽运动学与动压平衡，推断的喷流速度是多少？
• RQ5 观测到的分子喷流动量是否与射电喷流提供的动量一致？

主要发现

• 在G023.01–00.41的O型YSO附近1000 AU以内，检测到一束准直的、热轫致辐射的射电喷流，45 GHz光度为24 mJy kpc²。
• 射电喷流的动量率为8 × 10⁻³ M⊙ yr⁻¹ km s⁻¹，该值在不同速度假设下保持一致。
• 基于H₂O脉泽速度与动压平衡，估算喷流速度在300–500 AU处约为600 km s⁻¹，在1700 AU处超过1000 km s⁻¹。
• 射电喷流与大尺度分子喷流之间的动量转移效率接近1（160 M⊙ km s⁻¹ vs. 116 M⊙ km s⁻¹），表明喷流直接驱动了喷流。
• 喷流可从HMC中心追踪至0.2 pc，辐射沿喷流轴对齐，支持单一驱动源。
• 谱指数约为0.6，表明速度结构与喷流速度随距YSO距离增加而增大的特征一致。