[论文解读] The Formaldehyde Masers in NGC 7538 and G29.96-0.02: VLBA, MERLIN, and VLA Observations

Ian M. Hoffman, W. M. Goss+2 more|Aug 14, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 34

一句话总结

本研究利用高分辨率VLBA、MERLIN和VLA对NGC 7538-IRS1与G29.96-0.02中的6 cm甲酰胺（H₂CO）脉泽进行了观测，在亚角秒尺度上解析了其角直径，并测得亮度温度高达~10⁸ K。关键结果是在NGC 7538中检测到显著的速度梯度，并提供了长期亮度变化的证据，为银河系H₂CO脉泽中尚未阐明的泵浦机制提供了关键约束。

ABSTRACT

The 6 cm formaldehyde (H2CO) maser sources in the compact HII regions NGC 7538-IRS1 and G29.96-0.02 have been imaged at high resolution (beams < 50 mas). Using the VLBA and MERLIN, we find the angular sizes of the NGC 7538 masers to be ~10 mas (30 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^8 K. The angular sizes of the G29.96-0.02 masers are ~20 mas (130 AU) corresponding to brightness temperatures ~10^7 K. Using the VLA, we detect 2 cm formaldehyde absorption from the maser regions. We detect no emission in the 2 cm line, indicating the lack of a 2 cm maser and placing limits on the 6 cm excitation process. We find that both NGC 7538 maser components show an increase in intensity on 5-10 year timescales while the G29.96-0.02 masers show no variability over 2 years. A search for polarization provides 3-sigma upper limits of 1% circularly polarized and 10% linearly polarized emission in NGC 7538 and of 15% circularly polarized emission in G29.96-0.02. A pronounced velocity gradient of 28 km/s/arcsecond (1900 km/s/pc) is detected in the NGC 7538 maser gas.

研究动机与目标

• 利用高角分辨率干涉测量技术解析NGC 7538-IRS1与G29.96-0.02中6 cm甲酰胺脉泽的空间结构。
• 测量脉泽组分的亮度温度与角直径，以约束其物理条件。
• 研究在数年至数十年时间尺度上的脉泽强度长期变化。
• 搜索脉泽辐射的偏振特性，以探测磁场和辐射几何结构。
• 检测2 cm甲酰胺吸收并评估2 cm脉泽的存在，以约束泵浦过程。

提出的方法

• 使用VLBA和MERLIN在6 cm波段进行高分辨率干涉观测，以<50 mas的 beam 尺寸成像NGC 7538与G29.96-0.02中的H₂CO脉泽。
• 利用VLA在CnB和B配置下于2 cm和6 cm波段进行观测，以检测吸收并搜索发射，从而具备对延展结构的敏感度。
• 基于峰值流量密度与波束尺寸，利用Rayleigh-Jeans近似计算亮度温度。
• 从可见度数据中提取谱线轮廓，以测量径向速度、线宽及随时间的强度演化。
• 测量偏振参数（Stokes Q, U, V），以确定线性与圆偏振的上限。
• 从2 cm与6 cm谱线轮廓中推导出吸收光学深度，以估算柱密度与激发条件。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 7538-IRS1与G29.96-0.02中H₂CO脉泽的本征角直径与亮度温度分别是多少？
• RQ2 在5至10年时间尺度上，脉泽强度是否存在长期变化？
• RQ3 脉泽辐射气体中的速度结构与梯度如何，特别是在NGC 7538中？
• RQ4 脉泽辐射中是否存在可检测的线性或圆偏振？
• RQ5 是否存在2 cm H₂CO脉泽发射？若无，这对泵浦机制有何含义？

主要发现

• NGC 7538的H₂CO脉泽的全宽半高（FWHM）角直径约为10 mas（30 AU），亮度温度约为1.6 × 10⁸ K。
• G29.96-0.02的脉泽FWHM尺寸约为20 mas（130 AU），亮度温度约为9.2 × 10⁶ K。
• 在NGC 7538脉泽气体中检测到28 km s⁻¹ arcsecond⁻¹（1900 km s⁻¹ pc⁻¹）的显著速度梯度，表明存在整体运动或喷流。
• NGC 7538脉泽的组分I在三年内强度增加了两倍，整体趋势显示5至10年时间尺度内强度持续上升。
• 未检测到显著偏振：NGC 7538中圆偏振的3-σ上限为1%，线偏振上限为10%；G29.96-0.02中圆偏振的3-σ上限为15%。
• 在两个源中均检测到2 cm甲酰胺吸收，但未发现2 cm脉泽发射，对泵浦过程施加了强烈约束。