[论文解读] Very compact radio emission from high-mass protostars. I. CRL 2136: Continuum and water maser observations

K. M. Menten, F. van der Tak|ArXiv.org|Oct 22, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用 25

一句话总结

本研究利用甚大阵列（VLA）对CRL 2136进行了高分辨率观测，探测到高质​​量原恒星IRS 1发出的弱、光学厚射电连续辐射，其谱指数α ≈ 1.2，最高达43.3 GHz，表明可能存在来自喷流的自由-自由辐射。水激微波脉泽被限制在600×1000 AU的区域内，红移最大达4 km s⁻¹，且与连续辐射源重合，表明其源于原恒星附近致密的吸积气体，而非双极喷流。

ABSTRACT

We report 5-43 GHz radio observations of the CRL 2136 region at 0.6-6 arcsec resolution. We detect weak (mJy intensity) radio emission from the deeply embedded high-mass protostar IRS 1, which has an optically thick spectrum up to frequencies of 22 GHz, flattening at higher frequencies, which might be explained by emission from a jet. Water maser mapping shows that the strong emission observed redshifted relative to the systemic velocity is spatially coincident with the optically thick continuum emission. The H2O maser emission from this object (and others we know of) seems to have a different origin than most of these masers, which are frequently tracing bipolar high-velocity outflows. Instead, the CRL 2136 H2O emission arises in the close circumstellar environment of the protostar (within 1000 AU). We speculate that most of it is excited in the hot, dense infalling gas after the accretion shock, although this cannot explain all the H2O emission. An accretion shock nature for the continuum emission seems unlikely.

研究动机与目标

• 在亚角秒分辨率下探测并表征CRL 2136中深嵌入的高质量原恒星IRS 1的弱射电连续辐射。
• 研究CRL 2136原恒星周围环境中水脉泽发射的起源，特别是其与连续辐射源的空间和运动学关系。
• 确定射电连续辐射是否源自喷流或吸积激波，并评估其光谱特性。
• 探讨CRL 2136中的H2O脉泽是否代表一类新类型的脉泽，不与双极喷流相关，而是与吸积或下落物质相关。
• 利用脉泽和连续辐射数据，约束原恒星系统最内层区域的物理条件（温度、密度）。

提出的方法

• 使用甚大阵列（VLA）在0.′′6至6′′分辨率下对CRL 2136进行5–43 GHz连续辐射和H2O脉泽线观测。
• 通过拟合8.4、14.9和43.3 GHz处的流量密度，假设S ∝ ν^α，测量射电连续辐射的谱指数α。
• 绘制22 GHz处H2O脉泽的空间分布，识别其速度结构及相对于连续辐射源的空间范围。
• 以亚角秒精度对齐脉泽和连续辐射图，评估空间重合性及潜在的物理关联。
• 利用强脉泽特征在9年期间保持稳定（速度≈27.1 km s⁻¹，波动±0.1 km s⁻¹）作为长期物理条件的诊断工具。
• 评估Neufeld & Hollenbach (1996)的吸积激波自由-自由辐射模型和Tan (2003)的喷流驱动辐射模型，以解释观测到的射电谱。

实验结果

研究问题

• RQ1 在CRL 2136中，从IRS 1探测到的弱而紧凑的射电连续辐射的起源是什么？
• RQ2 H2O脉泽的空间和速度分布如何与射电连续辐射源及原恒星相关联？
• RQ3 CRL 2136中的H2O脉泽是否源自喷流或喷流，还是与下落或吸积物质相关？
• RQ4 观测到的射电连续谱指数（α ≈ 1.2）能否由喷流或吸积激波模型解释？
• RQ5 CRL 2136中的H2O脉泽是否代表一类不与高速双极喷流相关的新型脉泽？

主要发现

• CRL 2136中IRS 1的射电连续辐射在高达22 GHz的频率下为光学厚，其谱指数α ≈ 1.2，最高达43.3 GHz，表明为自由-自由辐射，可能起源于喷流。
• 在43.3 GHz处，连续辐射源被解析，尺寸为0.′′029 × 0.′′003（≈100 AU），与紧凑的电离氢区或喷流基部一致。
• H2O脉泽被限制在600 × 1000 AU的区域内，最强发射位于27.1 km s⁻¹，相对于系统速度红移最大达4 km s⁻¹。
• 最强脉泽特征在至少9年期间内速度保持稳定（波动±0.1 km s⁻¹），表明存在长期稳定、物理结构稳固的区域。
• 脉泽发射与射电连续辐射源在空间上重合，表明脉泽与中心原恒星之间存在紧密的物理联系。
• 脉泽很可能源于原恒星附近（1000 AU以内）的高温、高密度下落气体，可能由吸积激波引发，而非双极喷流。