[论文解读] The Circumstellar Environments of High-Mass Protostellar Objects I: Submillimetre Continuum Emission

S. J. Williams, G. A. Fuller+1 more|ArXiv.org|Jan 30, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用 69

一句话总结

本研究对68个大质量原恒星候选体在850和450 μm波段的亚毫米波连续辐射进行了测绘，揭示了多种形态，包括紧凑对称源和丝状结构。主要发现为尘埃谱指数β的平均值为0.9，表明致密内区存在颗粒增长，团块质量范围为1–1000 M⊙，伴星检测率为65%，表明大质量恒星在具有显著包层幂律结构的星团环境中形成。

ABSTRACT

We present maps of the 850 micron and 450 micron continuum emission seen towards a sample of 68 high-mass protostellar candidates with luminosities ranging from 10^2.5 to 10^5 solar luminosity. Most of these candidate high-mass stars are in the earliest stages of evolution, and have not yet developed an ultra-compact HII region. We observe a variety of continuum emission morphologies, from compact symmetric sources through to multiple cores embedded in long filaments of emission. We find on average there is a 65% probability of an IRAS point-source having a companion detection at submillimetre wavelengths. The ratio of integrated flux to peak flux for our detections shows no strong dependence on distance, suggesting the emission we have observed is primarily from scale-free envelopes with power-law density structures. Assuming a near kinematic distance projection, the clumps we detect vary in mass from ~1 to over 1000 solar mass, with a mean clump mass of 330 solar mass, column density of 9x10^23 cm^-2 and diameter of ~0.6 pc. The high luminosity and low mass of the smallest clumps suggests they are accompanied by a minimal number of stellar companions, while the most massive clumps may be examples of young protogroups and protoclusters. We measure the spectral index of the dust emission (alpha) and the spectral index of the dust grain opacity (beta) towards each object, finding clumps with morphologies suggestive of strong temperature gradients, and of grain growth in their dense inner regions. We find a mean value for beta of 0.9, significantly smaller than observed towards UCHII regions.

研究动机与目标

• 在超紧凑HII区形成之前，表征大质量原恒星的原行星环境。
• 识别并绘制早期阶段大质量原恒星对象（HMPOs）的亚毫米波连续辐射。
• 确定团块的物理特性，包括质量、密度和尘埃消光系数，以理解大质量恒星形成机制。
• 研究团块的空间分布与多重性，评估大质量恒星是否孤立形成或在星团中形成。
• 测量谱指数α和β，以探测致密包层中的温度梯度与颗粒增长。

提出的方法

• 利用詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔望远镜（JCMT）在850 μm和450 μm波段进行亚毫米波连续辐射成像。
• 通过颜色判据从IRAS和MSX点源星表中选择源，以识别高光度、被尘埃包裹的原恒星。
• 通过近似动力学距离投影估算距离，假设银道面旋转。
• 通过通量积分和假设光学厚发射的尘埃消光系数模型，推导出团块质量和面密度。
• 通过850 μm与450 μm波段的通量比计算谱指数α，以推断温度结构。
• 通过亚毫米波谱能谱分布拟合，假设灰体辐射，推导出尘埃消光系数谱指数β。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超紧凑HII区形成之前，大质量原恒星周围的亚毫米波连续辐射具有何种形态结构？
• RQ2 围绕大质量原恒星的团块的典型质量、大小和面密度是多少？
• RQ3 尘埃辐射的谱指数α如何与原行星包层中的温度梯度相关？
• RQ4 尘埃消光系数谱指数β的值是多少，它对致密区域颗粒增长意味着什么？
• RQ5 有多少比例的大质量原恒星具有伴星团块，其空间分布如何？

主要发现

• 尘埃消光系数谱指数β的平均值为0.9 ± 0.4，显著低于典型超紧凑HII区的值，表明致密内团块区域存在颗粒增长。
• 在亚毫米波通量峰值处，尘埃辐射的谱指数α为2.6 ± 0.4，形态学特征表明存在温度梯度或内部加热。
• 团块质量范围从约1 M⊙到超过1000 M⊙，平均值为330 M⊙，在平均距离4 kpc处典型直径约为0.6 pc。
• 投影伴星团块分布遵循N_proj(r) ∝ r^−1.7，对应体积密度N_vol(r) ∝ r^−0.75，在约0.4 pc分离处达到峰值。
• 65%的IRAS点源具有亚毫米波伴星，表明大质量原恒星通常在星团环境中形成。
• 质量超过100 M⊙的团块质量函数与恒星初始质量函数非常相似，表明原星团形成过程中质量效率恒定。