[论文解读] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects. I Infrared point sources and nebulae

M. S. N. Kumar, J. M. C. Grave|ArXiv.org|May 30, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 28被引用 20

一句话总结

本研究利用斯皮策-IRAC GLIMPSE数据对381个大质量原恒星物体（HMPO）候选体进行分析，以识别红外对应体及弥漫星云形态。研究发现，高光谱指数（α = 2–5）以及紧凑且结构化的星云——类似于超紧凑HII区——表明分子与电离组分均存在持续吸积，支持大质量恒星形成过程中持续吸积模型，而非快速、孤立的分子流入模型。

ABSTRACT

The GLIMPSE archive was used to obtain 3.6--8.0micron, point source photometry and images for 381 massive protostellar candidates lying in the Galactic mid-plane. The colours, magnitudes and spectral indicies of sources in each of the 381 target fields were analysed and compared with the predictions of 2D radiative transfer model simulations. Although no discernable embedded clusters were found in any targets, multiple sources or associations of redenned young stellar objects were found in many sources indicating multiplicity at birth. The spectral index ($α$) of these point sources in 3.6--8.0mum bands display large values of $α$=2--5. A color-magnitude analog plot was used to identify 79 infrared counterparts to the HMPOs. Compact nebulae are found in 75% of the detected sources with morphologies that can be well described by core-halo, cometary, shell-like and bipolar geometries similar to those observed in ultra-compact HII regions. The IRAC band SEDs of the IR counterparts of HMPOs are best described to represent YSOs with a mass range of 8--20\msun in their Class I stages when compared with 2D radiative transfer models. They also suggest that the high $α$ values represent reprocessed star/star+disk emission that is arising in the dense envelopes. Thus we are witnessing the luminous envelopes around the protostars rather than their photospheres or disks. We argue that the compact infrared nebulae likely reflect the underlying physical structure of the dense cores and are found to imitate the morphologies of known UCHII regions. Our results favour models of continuuing accretion involving both molecular and ionised accretion components to build the most massive stars rather than purely molecular rapid accretion flows.

研究动机与目标

• 利用斯皮策-IRAC GLIMPSE数据，在银河系中银面区域识别大质量原恒星物体（HMPO）候选体的红外对应体。
• 研究HMPO的中红外（MIR）特性，包括点源颜色、星等及光谱指数，以约束其演化阶段。
• 通过点源聚类分析与形态学分析，搜索HMPO周围嵌入星团或多星系统形成的迹象。
• 表征与HMPO相关的紧凑红外星云，并将其形态与已知的超紧凑HII区进行比较。
• 通过分析SED及与毫米和厘米波数据的空间相关性，评估持续吸积（包括分子与电离气体）在大质量恒星形成中的作用。

提出的方法

• 利用公开的GLIMPSE点源测光星表及381个HMPO候选体的图像裁剪，数据源自四项主要调查（Mol96, Sri02, Fon02, Faun04）。
• 对目标场及40个对照场中的点源进行颜色-颜色图分析，以识别红化后的I类与II类年轻恒星物体（YSOs）。
• 基于IRAC 3.6–8.0 μm的流量计算光谱指数（α），以评估红外对应体的嵌入程度及其演化阶段。
• 构建绝对星等与α-星等（AM乘积）图，估算检测到的YSO的恒星质量，并与二维辐射转移模型进行比较。
• 分析8 μm图像中的星云形态，将紧凑星云分类为核-晕、彗星状、壳状及双极结构。
• 将GLIMPSE结果与现有的毫米波及厘米波（VLA）数据进行相关性分析，以评估电离区的存在及吸积特征。

实验结果

研究问题

• RQ1 与HMPO候选体相关的红外对应体的中红外特性（颜色、星等、光谱指数）是什么？
• RQ2 观测到的红外对应体与星云是否表明大质量恒星形成初期存在多重性或嵌入星团的形成？
• RQ3 与已知的超紧凑HII区相比，紧凑红外星云的形态如何？它们揭示了致密核的物理结构特征？
• RQ4 在IRAC波段观测到的高光谱指数（α = 2–5）的本质是什么？它们对发射机制（如包层、盘面或恒星大气）有何含义？
• RQ5 观测数据是否支持一种包含分子与电离气体的连续吸积模型，还是更支持快速、孤立的分子吸积？

主要发现

• 识别出79个HMPO的红外对应体，其在8 μm波段明亮，位于毫米波峰值中心，且光谱指数（α）超过2，表明其深度嵌入于致密包层中。
• 3.6–8.0 μm点源的光谱指数（α）范围为2至5，与原恒星包层再辐射发射一致，而非恒星大气或盘面发射。
• 60%的HMPO目标与具有核-晕、彗星状、壳状及双极形态的紧凑红外星云相关，其形态与超紧凑HII区相似。
• 在最年轻样本子集（Sri02与Mol96）中，星云的大小分布峰值位于0.1–1 pc之间，平均为0.5 pc，表明其空间上受限于毫米波确定的致密核心范围。
• GLIMPSE红外对应体与厘米波连续辐射之间存在的观测相关性，支持在中心恒星附近存在电离区，表明电离吸积正在持续进行。
• 数据更支持一种涉及分子与电离组分的连续吸积的大质量恒星形成机制，而非快速、孤立的分子吸积流。