日立 32-m 電波望遠鏡を用いた大質量原始星周囲における大規模な周期強度変動探査
杉山 孝一郎 1, 米倉 覚則 1, 元木 業人 2, 齋藤 悠 1, 藤沢 健太 2, 石井 翔太 1, 百瀬 宗武 1,本間 希樹 3, 田崎 文得 3, 田中 圭 4, 細川 隆史 5, 内山 瑞穂 5, and 稲吉 恒平 6
1: 茨城大学 , 2: 山口大学 , 3: 国立天文台 , 4: フロリダ大学 , 5: 東京大学 , 6: コロンビア大学◆ モチベーション
R (Rsun)・ メタノールメーザーに見られる周期的な強度変動の要因は？
・ 大質量星形成過程における原始星の脈動不安定現象はあり得る？

◆ 周期的な強度変動現象 1)-6)

10010YSO

・ 原始星の半径最大時に、 大降着率下で成長 : > 10-3 Msun yr-1
・ 周期 : 数 10- 数 100 日
・ Period-Luminosity (P-L) relation を予言
・ 原始星の物理パラメータ ( 質量 , 半径 , 星表面の降着率 ) と直接相関◆ ターゲット天体・ Dec > -30 deg な 384 天体 ( 過去のカタログ 8)-13) から選出 )02426

LSR Velocity [km s-1]

2830

4321

1015202530

LSR Velocity [km s-1]

5055

60

LSR Velocity [km s-1]

65

20-50

LSR Velocity [km s-1]

556500

MJD [day]4056400
56600

123

4[Jy]

56700

[Jy]

56700

46056300

56600

380-1056500

2

2013/231 (MJD 56523.7)
2013/249 (MJD 56541.6)

7056400

56700

1

日立 32-m
2012/12 - 2014/01
9-10 days/source~5 arcmin
6664-6672 MHzLHCP
0.044 km s-1
5 min/source~0.9 Jy

04556300

MJD [day]

1056600[Jy]

2-156500

56700

23056400

56600

14-156300

56500

MJD [day]1000

G 075.76+00.34
100

2013/193 (MJD 56485.7)
2013/220 (MJD 56512.7)

5

MJD [day]

1564004) 1 成分以上で 3 回以上の周期的な変動が見られた天体を“ 周期天体” と認定

100~10000 au (~0.1 pc)
NRO, Mopra, ASTE, etc ...

G 036.70+00.09
6

2013/078 (MJD 56370.0)
2013/003 (MJD 56295.3)

5Flux density [Jy]Flux density [Jy]Flux density [Jy]2563003) 個別成分毎にピークフラック
ス密度の変動プロットを作成

G 028.02-00.44
6322

Period [day]envelope

Flux density [Jy]G 014.23-00.50
2013/005 (MJD 56297.0)
2013/038 (MJD 56330.9)

2010Tab. 1. 観測パラメータ

・ これまでは、 母数 ~900 天体に対し、 わずか ~60 天体のみ
・ 周期変動サンプルの劇的な増加が必要

-11

電波望遠鏡
期間 (on going)
頻度 .
ビームサイズ
周波数偏波
チャネル分解能
積分時間
検出感度 (3σ)◆ 単一鏡による長期的なモニタープロジェクト

2) 周期変動の兆候が見られる天体を選出

80.9Fig. 2. 大質量星形成現場における空間スケールと観測装置との関係概念図 .

・ 周期的な強度変動は脈度不安定現象に起因しているか？
・ P-L relation の観測面からの確立

1) 周波数方向への積分強度変動
プロットを作成

PL∝

0.1

gas, dust disk

◆ 目的41X10-3

1< 0.1 au~10-1000 au
P-L relation? VLBI, VLTI, ALMA, SMA, etc ...

Sub-au スケールの原始星表面におけるガス降着率を間接的に計測する唯一の方法になり得る！？

◇ データ解析

3X10-3Fig. 1. [ 左 ] 様々な降着率下での原始星進化における脈動不安定モデル (Inayoshi+ 13:
丸 - 安定 , 星 - 不安定 ). [ 右 ] P-L relation ( 四角 - 周期変動を示すメタノールメーザー ).

◆ 大質量原始星の脈動不安定現象 7) (Fig. 1)

Fig. 3. 日立 & 高萩 32-m 電波望遠鏡( 茨城大学 宇宙科学教育研究センター HP から引用 )6X10-3100.01100

M (Msun)

共通の天体 ( 周辺 ) における大局的な変動現象に起因？？

☞100

6e-33e-31e-31e-4

10・ 大質量星周辺においてはメタノールメーザーのみで見られる現象
・ これまでに、 メタノール 12 天体で検出 ( 周期 : 30-668 days)
・ 同天体のほぼ全てのスペクトル成分において周期変動が同期☞

accretion rate

Luminosity [104 Lsun]

1000

110[Jy]100~170 days
~120 days~120 days~55 days
新検出 : 周期４天体！
Fig. 4. 本モニターにより新検出された周期変動天体 . [ 上 ] メタノールメーザースペクトル ( 実線 : 最大時 , 破線 : 最小時 ). [ 下 ] ダイナ☞ 既存 2 天体を含めミックスペクトル . 横軸 , 縦軸はそれぞれ視線速度 , 修正ユリウス日に相当 . カラーは 個別のスペクトル成分毎のフラックス密度を示して検出率 : ~1.5% ( 下限値 ) いる . なお、 各プロットの下部には、推定される周期日数を記述している .
4G 036.70+00.09

2100100

200300

MJD − 56250 (day)

400

500

Frequency: ~0.019 cycles/day
Period: ~53 days

CS0.4

◆ 経過状況

100

3Luminosity [104 Lsun]

Flux (Jy)

56X10-310◎ 周期解析 (Fig. 5, 左 )3X10-3・ “圧縮センシング” を用いた
周期解析を目下試験中・ 通常の 0 padding による FFT
よりも高精度な周期解析を実現

1X10-31PL∝

0.1

80.9

0.2
000.020.04

0.06

Frequency (cycles/day)

0.08

0.1

0.01110100

Period [day]1000

Fig. 5. [ 左 ] 圧縮センシングを用いた暫定的な周期解析結果 . [ 右 ] 新検出天体を加えた P-L relation の最新版 .
赤色の四角印が今回の新検出天体に相当 . なお、 G 028.02-00.44 には IRAS 点源が未付随であったため未使用 .

◎ P-L relation を随時改訂中
・ 従来の P-L relation と矛盾なさそう・ より多くの周期変動天体を求む

Reference
1) Goedhart et al. 2003, MNRAS, 339, L332) Goedhart et al. 2004, MNRAS, 355, 553
3) Goedhart et al. 2009, MNRAS, 398, 995
4) Araya et al. 2010, ApJ, 717, L133
5) Szymczak et al. 2011, A&A, 531, L36) Fujisawa et al. 2014, PASJ, tmp, 677) Inayoshi et al. 2013, ApJ, 769, L208) Pestalozzi et al. 2005, A&A, 432, 7379) Xu et al. 2009, A&A, 507, 1117
10) Caswell et al. 2010, MNRAS, 404, 1029
11) Green et al. 2010, MNRAS, 409, 913
12) Pandian et al. 2011, ApJ, 730, 5513) Green et al. 2012, MNRAS, 425, 1504