[论文解读] Protostellar Outflows at the EarliesT Stages (POETS). I. Radio thermal jets at high resolution nearby H$_2$O maser sources

A. Sanna, L. Moscadelli+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 55被引用 13

一句话总结

本研究利用甚大阵列（VLA）在厘米波段对33个与水脉泽相关的原恒星喷流候选体进行了高分辨率射电连续谱观测。结果揭示了射电连续谱光度与水脉泽光度之间存在强烈相关性（r > 0.8），证实热轫致辐射发射能够追踪广泛恒星光度范围（1–10⁵ L⊙）内的激波电离（原）恒星喷流与喷流，表明其为有效示踪手段。

ABSTRACT

Abridged. Methods. We made use of the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) in the B configuration at K band, and in the A configuration at both Ku and C bands, in order to image the radio continuum emission towards 25 H$_2$O maser sites with an angular resolution and thermal rms of the order of $0.1''$ and 10 $μ$Jy beam$^{-1}$, respectively. These targets add to our pilot study of 11 maser sites presented in Moscadelli et al. (2016). The sample of H$_2$O maser sites was selected among those regions having an accurate distance measurement, obtained through maser trigonometric parallaxes, and H$_2$O maser luminosities in excess of 10$^{-6}$ L$_{\odot}$. Results. We present high-resolution radio continuum images of 33 sources belonging to 25 star-forming regions. In each region, we detect radio continuum emission within a few 1000 au of the H$_2$O masers' position; 50% of the radio continuum sources are associated with bolometric luminosities exceeding 5 $ imes$ 10$^{3}$ L$_{\odot}$, including W33A and G240.32$+$0.07. We provide a detailed spectral index analysis for each radio continuum source, based on the integrated fluxes at each frequency, and produce spectral index maps with the multi-frequency-synthesis deconvolution algorithm of CASA. The radio continuum emission traces thermal bremsstrahlung in (proto)stellar winds and jets, with flux densities at 22 GHz below 3 mJy, and spectral index values between $-0.1$ and 1.3. We prove a strong correlation ($r>$0.8) between the radio continuum luminosity (L$_{ m rad}$) and the H$_2$O maser luminosity (L$_{ m H_2O}$) of ($ m L_{8GHz}/mJy imes kpc^2)=10^{3.8} imes(L_{H_2O}/L_{\odot})^{0.74}$. Since H$_2$O masers are excited through shocks driven by (proto)stellar winds and jets, these results provide support to the idea that the radio continuum emission around young stars is dominated by shock-ionization.

研究动机与目标

• 对与明亮水脉泽相关的年轻恒星周围1000 au范围内进行厘米波自由-自由连续谱发射的成像。
• 通过水脉泽发射研究喷流的运动学，并将其与射电连续谱特性相关联。
• 通过将射电光度与总辐射光度及脉泽光度关联，量化原恒星喷流的能量学特性。
• 检验射电连续谱发射是否在广泛恒星光度范围内均能追踪激波电离的喷流与喷流。

提出的方法

• 在1–7 cm（26–4 GHz）波段，利用卡尔·G·詹斯基甚大阵列（VLA）的B、A、Ku和C配置进行高分辨率观测。
• 角分辨率约为0.1 arcsec，热噪声水平约为10 μJy beam⁻¹，针对25个水脉泽源位置，采用精确的三角视 parallax 距离。
• 使用CASA软件进行多频率综合反卷积，从多个频率的积分流量生成谱指数图。
• 根据形态和谱指数，将射电连续谱源分类为恒星喷流（SW）、喷流（JET）、光学厚核心（OP）或H ii区。
• 通过不同波段的流量密度比值计算谱指数（α），以区分热（自由-自由）发射与非热发射。
• 利用总辐射光度和水脉泽光度（L_H₂O > 10⁻⁶ L⊙）建立经验比例关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 在原恒星演化最早阶段，与水脉泽源相关的厘米波射电连续谱发射的本质是什么？
• RQ2 射电连续谱发射的谱指数和流量密度如何与（原）恒星喷流的特性相关联？
• RQ3 在广泛原恒星光度范围内，射电连续谱光度与水脉泽光度之间是否存在一致的相关性？
• RQ4 射电连续谱发射在多大程度上能追踪原恒星喷流与喷流中的激波电离气体？
• RQ5 观测到的射电、总辐射和脉泽光度之间的比例关系是否可用于推断年轻恒星中喷流的能量学？

主要发现

• 在全部33个源中，均在水脉泽位置周围1000 au范围内探测到射电连续谱发射，22 GHz处的流量密度低于3 mJy。
• 谱指数（α）范围为–0.1至1.3，与电离（原）恒星喷流和喷流的热轫致辐射一致。
• 发现射电连续谱光度（L_rad）与水脉泽光度之间存在强烈相关性（r > 0.8）：(L_8GHz/mJy kpc²) = 10³.⁸ × (L_H₂O/L⊙)^0.⁷⁴。
• 射电–脉泽光度关系与已知的射电–总辐射光度关系高度一致，支持激波电离为占主导地位的电离机制。
• 50%的射电源具有超过5 × 10³ L⊙的总辐射光度，包括W33A和G240.32+0.07。
• 结果证实，射电连续谱发射可有效追踪1–10⁵ L⊙光度范围内的激波电离喷流，验证了其作为早期喷流活动代理的可靠性。