[论文解读] Proper motions of the outer knots of the HH 80/81/80N radio-jet

Josep M. Masqué, Luis F. Rodrı́guez+6 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 1

一句话总结

本研究首次对 HH 80/81/80N 喷流中的外层射电结 HH 80、HH 81 和 HH 80N 进行了射电波段的自行测量，证实其与由大质量原恒星驱动的单一、延伸的射电喷流相关。测得的切向速度分别为：HH 80N 为 263 km s⁻¹，HH 80 为 351 km s⁻¹，HH 81 为 223 km s⁻¹，显著慢于内层喷流结（600–1400 km s⁻¹），表明其因与致密周围介质相互作用而发生强烈减速；同时，同步辐射发射表明在逆 shock 区域存在相对论性电子加速，磁感应强度约为 1 mG。

ABSTRACT

(abridged) The HH 80/81/80N jet extends from the HH 80 object to the recently discovered Source 34 and has a total projected jet size of 10.3 pc, constituting the largest collimated radio-jet system known so far. It is powered by IRAS 18162-2048 associated with a massive young stellar object. We report 6 cm JVLA observations that, compared with previous 6 cm VLA observations carried out in 1989, allow us to derive proper motions of the HH 80, HH 81 and HH 80N radio knots located about 2.5 pc away in projection from the powering source. For the first time, we measure proper motions of the optically obscured HH 80N object providing evidence that HH 81, 80 and 80N are associated with the same radio-jet. We derived tangential velocities of these HH objects between 260 and 350 km/s, significantly lower than those for the radio knots of the jet close to the powering source (600-1400 km/s) derived in a previous work, suggesting that the jet material is slowing down due to a strong interaction with the ambient medium. The HH 80 and HH 80N emission at 6 cm is, at least in part, probably synchrotron radiation produced by relativistic electrons in a magnetic field of 1 mG. If these electrons are accelerated in a reverse adiabatic shock, we estimate a jet total density of $\lesssim1000$ cm$^{-3}$. All these features are consistent with a jet emanating from a high mass protostar and make evident its capability of accelerating particles up to relativistic velocities.

研究动机与目标

• 利用多 epoch 射电观测，测定外层射电结 HH 80、HH 81 和 HH 80N 的自行运动。
• 确认这些结是否属于同一延伸的射电喷流系统，特别是验证 HH 80N 与新发现的 Source 34 的关联性。
• 研究喷流的减速机制以及远离喷流驱动源大距离处的激波特性的来源。
• 约束喷流中的物理条件，包括速度、密度、磁感应强度及粒子加速效率。

提出的方法

• 在 2014 年使用甚大阵列（VLA）C 配置进行 6 cm 观测，与档案中的 1989 年 VLA 6 cm 观测数据对比，以测量自行运动。
• 利用 1989 年与 2014 年观测之间的时间基线，通过射电结的角位移计算横向速度。
• 通过谱指数（α ≈ −0.3）分析推断同步辐射起源，并利用能量均分法估算磁感应强度。
• 采用弓形激波与逆激波（马赫盘）模型模拟激波特性的演化，估算冷却长度与激波绝热性。
• 应用费米 I 类加速机制，解释逆激波区域中相对论性电子的产生。
• 基于能量均分与激波压缩模型，估算喷流密度与磁感应强度，假设磁感应强度为 1 mG，并采用幂律能谱分布的电子。

实验结果

研究问题

• RQ1 外层射电结 HH 80、HH 81 和 HH 80N 是否属于同一准直的射电喷流系统？
• RQ2 HH 80、HH 81 和 HH 80N 的自行运动是多少？其与内层喷流结速度相比如何？
• RQ3 HH 80N 在 6 cm 波段观测到的同步辐射发射源自何处？其对激波条件与粒子加速过程有何启示？
• RQ4 为何外层结的观测速度显著慢于内层喷流结的速度？
• RQ5 为解释观测到的发射与运动学特征，需满足哪些物理条件（密度、磁感应强度、激波类型）？

主要发现

• 测得 HH 80N 的自行速度为 263 km s⁻¹，证实其与 HH 80/81/80N 射电喷流的关联性，并支持喷流投影长度达 10.3 pc。
• HH 80 和 HH 81 的切向速度分别为 351 km s⁻¹ 和 223 km s⁻¹，均显著慢于内层喷流结的 600–1400 km s⁻¹ 速度。
• 喷流因与致密周围介质相互作用而发生减速，HH 80 和 HH 81 位于星云边缘附近，非均匀介质导致其自行运动方向发生偏移。
• HH 80N 在 6 cm 波段的同步辐射发射与在逆激波区域加速的相对论性电子一致，磁感应强度约为 1 mG。
• 喷流密度被约束在 ≤1000 cm⁻³ 范围内，且喷流速度必须超过 800 km s⁻¹，以确保逆激波为非辐射性，与费米 I 类加速机制一致。
• 仅有约 1% 的喷流动能密度转化为非热能，表明激波区域能量耗散效率极高。