[论文解读] On the massive young stellar object AFGL4176: High-spatial-resolution multi-wavelength observations and modeling

P. A. Boley, H. Linz+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 17, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用 6

一句话总结

本研究结合甚大望远镜干涉仪/MIDI中红外干涉测量、赫歇尔空间望远镜远红外成像以及阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（APEX）亚毫米波数据，对大质量年轻恒星对象AFGL 4176进行了高空间分辨率多波段观测。数据揭示了显著偏离球对称性的结构，最佳解释为包含一维高斯包层和倾角60°、位置角160°的倾斜原行星盘的几何模型，该盘延伸至数百天文单位，使AFGL 4176成为迄今已检测到盘结构的最明亮大质量年轻恒星。

ABSTRACT

Deeply embedded and at distances of several kiloparsecs, massive young stellar objects (MYSOs) present numerous challenges for observation and study. In this work, we present spatially-resolved observations of one MYSO, AFGL 4176, together with survey and literature data, ranging from interferometric observations with VLTI/MIDI in the mid-infrared, to single-dish Herschel measurements in the far-infrared, and sub-millimeter data from APEX. We consider this spatially-resolved, multi-wavelength data set in terms of both radiative transfer and geometric models. We find that the observations are well described by one-dimensional models overall, but there are also substantial deviations from spherical symmetry at scales of tens to hundreds of astronomical units, which are revealed by the mid-infrared interferometric measurements. We use a multiple-component, geometric modeling approach to explain the mid-infrared emission on scales of tens to hundreds of astronomical units, and find the MIDI measurements are well described by a model consisting of a one-dimensional Gaussian halo and an inclined (θ=60 deg) circumstellar disk extending out to several hundred astronomical units along a position angle of 160 deg. Finally, we compare our results both with previous models of this source, and with those of other MYSOs, and discuss the present situation with mid-infrared interferometric observations of massive stars.

研究动机与目标

• 利用多波段、高角分辨率数据解析AFGL 4176——一个深度嵌入的大质量年轻恒星对象（MYSO）——的复杂结构。
• 通过引入空间分辨的干涉测量数据，克服仅依赖光谱能量分布（SED）拟合所导致的歧义。
• 确定中红外干涉数据中观测到的非球对称性是否可由非球对称结构（如盘或喷流）解释。
• 将AFGL 4176的物理特性与其他MYSO进行比较，并评估中红外干涉测量建模在大质量恒星形成研究中的可靠性。
• 识别在中红外至亚毫米波段观测到的辐射中起主导作用的物理组分——包层、盘、喷流

提出的方法

• 多波段数据获取：VLTI/MIDI用于中红外干涉测量（N波段），赫歇尔/Hi-GAL用于70和160 µm成像，APEX/ATLASGAL用于870 µm连续谱测绘。
• 采用球对称包层模型（含内部密度增强）进行一维辐射转移建模，以拟合SED和空间结构。
• 采用多组分方法对MIDI visibilities进行几何建模，包括高斯包层和倾斜的原行星盘。
• 盘模型参数：倾角60°，位置角160°，延伸至数百AU，拟合中红外可见度振幅与相位。
• 使用辐射转移代码模拟尘埃发射与消光，将模型预测与10–870 µm波段的观测SED和可见度数据进行比较。
• 利用档案数据和文献资料（如射电、甲醇脉泽、近红外斑点成像）约束源位置、动力学特性及喷流活动。

实验结果

研究问题

• RQ1 一维辐射转移模型是否能充分再现AFGL 4176在全波段（从中红外到亚毫米波）的SED与空间结构？
• RQ2 AFGL 4176中红外干涉数据中观测到的偏离球对称性的原因是什么？
• RQ3 中红外发射结构是否最宜用原行星盘解释？若如此，其关键物理参数为何？
• RQ4 AFGL 4176的几何与结构特征与其他已知MYSO相比如何，特别是在盘的存在性与光度方面？
• RQ5 喷流组分或延伸发射特征在多大程度上影响MYSO的中红外干涉测量结果？

主要发现

• 具有内部包层密度增强的一维辐射转移模型成功再现了从中红外到亚毫米波段的SED与空间结构。
• 甚大望远镜干涉仪/MIDI的中红外干涉数据显示出显著偏离球对称性，表明在数十至数百天文单位尺度上存在非球对称结构。
• MIDI数据最宜用由一维高斯包层与倾角60°、位置角160°的倾斜原行星盘组成的几何模型解释，该盘延伸至数百AU。
• 盘模型推算出在150 AU内尘埃质量为4×10⁻⁵ M☉，与观测到的中红外发射及可见度振幅一致。
• AFGL 4176是迄今已检测到盘结构的最明亮大质量年轻恒星（L ≈ 10⁴ L☉），使其成为研究盘形成机制的关键目标。
• 缺乏强射电连续谱辐射，且存在受激H₂发射，表明存在复杂的喷流环境，但尚未识别出明确的喷流方向。