The Star Formation Newsletter #356

原田直人（九州大学）

No.

Title

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Studying a precessing jet of a massive young stellar object within a chemically rich region

39

Towards a Comprehensive View of Accretion, Inner Disks, and Extinction in Classical T Tauri Stars:
An ODYSSEUS Study of the Orion OB1b Association

40

同上

41

X-ray flares of the young planet host Ds Tucanae A

42

Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

43

Hierarchical structure of YSO clusters in the W40 and Serpens South region:group extraction and comparison with fractal clusters

44

Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 445

HST UV Spectroscopy of the Planet-hosting T Tauri Star PDS 70

•

CFHTによる近赤外観測と2MASS, UKIDSS, Spitzerカタログを組み合わせて、近・中間赤外線の大規模カタログを作った•

832個のYSOsを同定
à Deeply embedded sources, Class I, Class II YSOs, 遷移円盤天体に分類•

すべてのYSOについてminimum spanning tree (MST) を作成し、分子雲のフィラメント構造とYSOsの分布を比較

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects
観測領域: W40 & Serpens South~60’ x 80’ (~7.6pc x 10.1pc)
観測機器: Canada–France–Hawaii Telescope (CFHT)のWide-Field Infrared Camera (WIRCam)
観測波長: 近赤外 (J, H, Ks bands)
明るい星の較正には2MASSとUKIDSSのデータを使用
コンタミの除去やYSO同定のために、Spitzer GB Legacy Surveyの中間赤外のデータも使用à Large near-mid-infrared catalogueを作成

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

全部で832個のYSOsを同定
15 deeply embedded sources, 135 Class I, 647 Class II, 35 transition disc sources
この内309天体がunique (Dunham+ 2015, Kuhn+ 2010, Winston+ 2018, Plunkett+ 2018)

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

Class I以前の星の74%が AK > 2mag
Class II以降の星は only 16%

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

W40 領域•

Class IIが多い•

2本のフィラメント状分子雲(黒矢印)があり、Class Iは明らかにフィラメントに沿って分布
ß HII bubbleの外側にあるだろう42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

Serpens South 領域•

約半分が Class I•

フィラメントの峰に沿ってClass Iが分布•

北側にドーナツ状の分子雲… We name it the ‘Serpens South Donut.’•

Donutの上にもClass I以前の若い星が分布•

Cluster age: < ~1 Myr•

Class I / Class II = 0.849

ß W40 (0.119) や他の星形成領域(~0.27, Gutermuth+2009) に比べかなり高い

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

Minimum spanning tree (MST)… 各点の最近接点を結んで「島」を作る
近くの2つの「島」を最短経路で結ぶ全ての点がtree構造として繋がるまで続ける
ß 枝の長さの合計が最小となるようにする•

MSTを用いてYSOsの分布を定量化•

左図の黒線はいくつかの主要なMST branches•

Donut cloudはW40よりもSerpens Southに接続•

Serpens Southの西や北西にも比較的独立した星団がある

42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

W40 領域•

中心の星団に向かってクモの巣のように8本のbranchesが伸びている•

2本は多くのClass Iを含み、フィラメント状分子雲と一致•

6本はClass IIで構成され、対応する分子雲の構造は(あまり)見られない

à 中心星団の位置にはかつて多くのフィラメントからなるハブ構造が存在し、そこで大質量星形成が起こっていた… というシナリオがW40でも当てはまりそう42. Deep near-infrared survey towards the W40 and Serpens South region in the Aquila Rift:
A comprehensive catalogue of young stellar objects

Serpens South 領域•

ヤモリ状に複数のbranchesが繋がっている•

Main bodyはフィラメント状分子雲と一致•Class Iはフィラメント部分とbranchesの交点の部分に多い

ß Sub-filamentsからの質量供給？

42番の続き: さらに詳しくYSOsの空間分布について調べた• Minimum spanning treeを基にした解析で、YSOsをいくつかの階層的なグループに分類à 832個のYSOsを 5levels with 23 groupsに分けた• 階層構造を記述するため、様々なフラクタル次元を持つ天体の分布を作り、観測結果と比較した？
à YSOsの分布はマルチフラクタル次元のパターンと一致• Diffuseな領域でのYSOsの構造はフラクタル次元が2.0に近い• 濃いガスがある領域ではフラクタル次元がW40で1.6, Serpens Southで1.4に近い• YSOsは分子雲の高密度部分のフラクタルパターンを受け継ぐが、そのパターンは数Myrの間にゆっくりと散逸していくかも•ターゲット天体: NGC1333領域にある3つの Class 0 原始星 IRAS 4A1, 4A2, 4B•

VLAでcm波帯のNH3とCH3OHの輝線の観測を行った•

Non-LTE LVG解析を行い、NH3/CH3OH 比が３天体とも同じような値だった•

この比を再現するにはcollapse前のダスト温度が17Kというwarmな値が必要

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4[背景] NGC 1333領域について
Large-scale turbulent cellが分子雲に衝突してガスの圧縮層を形成している？ (Dhabal et al. 2019)44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
VLA observations in K band
10 CH3OH & 5 NH3 lines (23.8-26.4 GHz)
IRAS 4A1, 4A2, and 4B (4A1と4A2の解析の一部は先行研究の内容)

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4

Radiative transfer modeling
non-LTE analysis via large velocity gradient (LVG) code grelvg (Ceccarelli et al. 2003)

1. CH3OHの25GHzのlineデータに対しLVG解析
CH3OH柱密度を制限2. mm波のCH3OHのlineを使ってさらに制限
3. CH3OHと同じガス密度・温度を仮定し、NH3のlineをLVG解析
4. 両者の柱密度からabundance ratioを計算

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
CH3OHとNH3はどちらも、compact (<100 au), dense (>10^6 cm^-3), and hot (>100 K)のガスをトレースß Fig. 1の見た目とも整合的… コンパクトな hot corino からのemissionを観測している

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
IRAS 4A1, 4A2, 4Bはどれも同じくらいのNH3/ CH3OH比を持つß 同じような初期条件 (pre collapse condition)
ß 4A1, 4A2はともかく4Bは~9000au離れているので自明ではない44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4

Astrochemical modeling
Two phasesに分けて考える(1): the mantle formation during the cold phase(2): the sublimation of the water-rich mantles
Pre-collapse段階の冷たい時期にダスト表面（マントル）上で分子が形成
原始星が形成しH2Oが昇華する温度になると、固相の分子も一緒に気相中へ放出
à 今回のNH3/CH3OHの観測量がマントルの組成を反映していると思って、collapse前の化学モデリングに注目44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
The astrochemical model GRAINOBLE (Taquet et al. 2012, 2013; Ceccarelli et al. 2018)•

Collapse前の氷の NH3/CH3OH 比の進化を計算したい•

H2 数密度は定常 (1e4, 1e5, 1e6 cm^-3)•

ダスト半径 0.1 μm•

温度 8-25 K•

最初はH2以外すべて原子の状態から計算

典型的な分子雲のパラメータの場合: 𝑛!" = 10# cm$% , 𝑇 = 10 K 、観測される存在量と整合的な値になることを確認
e.g., H2O/H2 ~1e-4, CO/H2 ~3e-5, CO2/H2 ~3e-5, … (Boogert et al. 2015)

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
固相のNH3/CH3OHの温度依存性 (a, b, c, dの順に時間が進む)

時間依存性
N原子がダストに吸着しNH3が形成
気相中ではN2やCOが形成
COが凍り付きCH3OHが形成
à 比は時間と共に下がる

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
固相のNH3/CH3OHの温度依存性 (a, b, c, dの順に時間が進む)
温度依存性
温度が高いほど、マントル上のN原子のresidence timeが短くなるà NH3が出来にくくなる
CH3OHの量への影響は小さいため、比は温度と共に下がる>20 KになるとN2が昇華
à 気相中でNH3が形成
à NH3がすぐにdepleteし比が上がる44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4
固相のNH3/CH3OHの温度依存性 (a, b, c, dの順に時間が進む)

密度依存性
密度が高いほど反応率が上がるので、より早い時間で定常状態に近づく>3e5yrでどのモデルもだいたい同じ値をとる

44. Tracking the Ice Mantle History in the Solar-type Protostars of NGC 1333 IRAS 4議論•

Timescaleは10^4の場合>10^5yr, 10^6の場合>10^4yrでないと観測と合わない•

Collapse前のダスト温度は>17 K

典型的なprestellar coreの内側~100au scaleの温度は7K (Crapsi et al. 2007)
NGC 1333の南側のlarge-scaleのHerschelの観測だと17K
à 通常の高密度で冷たい時期を経験せずに、比較的暖かい低密度の状態から急にガスが圧縮されて一気に原始星が形成された？
ß NGC 1333 フィラメントが衝突流で形成されたというシナリオと整合的•Massive YSO G079.1272+02.2782 (距離 ~1.4kpc)の近赤外分光観測 (using NIFS at Gemini North)•

天体と南側のジェットの200-300 auのサイズの構造を分解•

ジェットの速度は30-43km/sでblueshifted•

2.2μm continuumでコークスクリューのような構造 ß ジェットの歳差運動を示唆•

連星の重力相互作用でprecessionしている？タイムスケールは10^3 yr•

近赤外bandのH2 linesの解析でbow shockについても調べた•

JCMTとIRAMを使ってこの領域のlarge-scaleでの分子輝線も確認したところ、複雑な化学反応が起きていることがわかった？

39番と同じ論文でした