[论文解读] The VLTI/MIDI survey of massive young stellar objects - Sounding the inner regions around intermediate- and high-mass young stars using mid-infrared interferometry

P. A. Boley, H. Linz+11 more|UvA-DARE (University of Amsterdam)|Aug 20, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 110被引用 30

一句话总结

本研究利用甚大望远镜干涉仪（VLTI）的MIDI仪器进行中红外干涉测量，探测了20个中等及大质量年轻恒星物体（YSOs）周围的原行星盘结构，揭示了在100 AU以内存在显著的不对称性及广泛分布的原行星盘物质。主要发现是中红外发射来自盘和喷流的混合，硅酸盐吸收特征表明存在均匀且分离的尘埃包层，尽管角分辨率很高，仍难以将发射明确归因于特定结构。

ABSTRACT

We aim to characterize the distribution and composition of circumstellar material around young massive stars, and to investigate exactly which physical structures in these objects are probed by long-baseline mid-infrared interferometric observations. We used the two-telescope interferometric instrument MIDI of the Very Large Telescope Interferometer of the European Southern Observatory to observe a sample of 24 intermediate- and high-mass young stellar objects in the N band (8-13 micron). We had successful fringe detections for 20 objects, and present spectrally-resolved correlated fluxes and visibility levels for projected baselines of up to 128 m. We fit the visibilities with geometric models to derive the sizes of the emitting regions, as well as the orientation and elongation of the circumstellar material. Fourteen objects in the sample show the 10 micron silicate feature in absorption in the total and correlated flux spectra. For 13 of these objects, we were able to fit the correlated flux spectra with a simple absorption model, allowing us to constrain the composition and absorptive properties of the circumstellar material. Nearly all of the massive young stellar objects observed show significant deviations from spherical symmetry at mid-infrared wavelengths. In general, the mid-infrared emission can trace both disks and outflows, and in many cases it may be difficult to disentangle these components on the basis of interferometric data alone, because of the sparse spatial frequency coverage normally provided by current long-baseline interferometers. For the majority of the objects in this sample, the absorption occurs on spatial scales larger than those probed by MIDI. Finally, the physical extent of the mid-infrared emission around these sources is correlated with the total luminosity, albeit with significant scatter.

研究动机与目标

• 表征中等及大质量年轻恒星物体（YSOs）在小于100 AU尺度上的原行星盘物质空间分布与成分。
• 确定长基线中红外干涉测量所探测的物理结构——盘、喷流或包层——的贡献。
• 评估几何模型在解释深度嵌入的大质量YSO干涉数据时的可靠性。
• 利用硅酸盐吸收特征约束原行星盘物质的尘埃成分与消光特性。
• 将经过处理的、具有光谱分辨率的干涉数据公开发布，以供未来研究使用。

提出的方法

• 在甚大望远镜干涉仪（VLTI）上使用MIDI仪器，在8–13 µm波段进行长基线中红外干涉观测。
• 测量投影基线最长达128 m的光谱分辨相关流量与可见度水平，实现数十毫角秒的角分辨率。
• 通过几何模型（如二维高斯、2D1D）拟合观测可见度，以推导发射区域的尺寸、方位与拉长程度。
• 对相关流量光谱应用简单的吸收模型，采用前导的硅酸盐尘埃屏，以约束光学厚度与颗粒组成。
• 将MIDI数据与现有的凯克望远镜及文献中的干涉数据相结合，以增强模型约束力。
• 使用OIFITS格式发布经过处理、校准的干涉数据，通过CDS实现公众访问。

实验结果

研究问题

• RQ1 在亚100 AU尺度上，大质量YSO周围原行星盘物质的空间结构如何？
• RQ2 中红外干涉数据在多大程度上能够区分盘与喷流对发射的贡献？
• RQ3 在大质量YSO样本中，尘埃的物理特性（成分、颗粒大小、光学厚度）如何变化？
• RQ4 造成10 µm硅酸盐特征的吸收物质在MIDI探测尺度上是否空间分辨或均匀分布？
• RQ5 中红外发射尺寸与大质量YSO总光度之间是否存在相关性？

主要发现

• 几乎所有观测到的大质量YSO在中红外发射中均表现出显著偏离球对称性，表明存在复杂的原行星盘结构。
• 中红外发射同时来自盘与喷流，而仅靠干涉数据无法可靠区分这两者，原因在于空间频率覆盖稀疏。
• 在14个源中，10 µm硅酸盐特征呈吸收态，且在其中13个源中，采用可变颗粒大小与成分的前导硅酸盐尘埃屏模型能合理拟合相关流量。
• 吸收物质在比MIDI探测尺度更大的空间范围内延伸，表明其与紧凑发射区分离。
• 中红外发射尺寸与总光度之间存在松散相关性，但存在显著离散性，表明演化状态或几何形态多样。
• 经过处理的MIDI数据（包括可见度与相关流量测量）以OIFITS格式公开发布，可供进一步分析。