[논문]L1521F의 HCN(J=1-0) 분자선 전파 관측

손정주; 이창원

doi:10.5467/jkess.2010.31.4.370

L1521F의 HCN(J=1-0) 분자선 전파 관측
Radio Observation of L1521F using HCN (J=1-0) Line 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.31 no.4, 2010년, pp.370 - 377

초록
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본 연구에서는 황소자리 분자운에 위치한 L1521F-IRS의 운동학적 특성을 알아보기 위하여 HCN(J=1-0) 분자선 을 이용한 전파관측을 수행하여 분석하였다. 약한 밝기의 천체에 대한 높은 공간 분해능 지도 관측을 위하여 미국 Tucson에 위치한 Arizona Radio Observatory 12 m 망원경을 이용하였으며, 대상의 주변을 충분히 포함할 수 있도록 5지점${\times}5$지점 광역관측모드로 관측대상의 중심을 포함한 $3.7'{\times}3.7'$ 영역을 관측하였다. HCN 분자선 적분 밝기 분포자료는 분자운핵 L1521F가 고밀도 환경에서 분자의 심각한 결핍 현상이 없이 중심에서 강한 밝기를 보여 주고 있음을 보았다. L1521F에서 발견된 적외선원의 위치를 기준으로 동쪽방향에는 청색비대칭 분광선이 서쪽에는 적색비대칭 분광선이 존재하고 이들의 분포가 기존의 적외선영상에서 나타난 고깔모양과 잘 일치하는 모습을 보이고 있는 것으로 보아 L1521F-IRS에서 나오는 가스 쌍극류의 존재를 확인 할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigated the kinematical properties of the L1521F-IRS in Taurus region using HCN (J=1-0) molecular line. The high resolution mapping has carried out by $5{\times}5$ point observations covering $3.7'{\times}3.7'$ area using a 12-m telescope of Arizona Radio Observatory in Tucsan, USA. L1521F which harbors the faint infrared L1521F-IRS, displayed a strong central concentration of integrated intensity in HCN without serious molecular depletion. It showed a symmetric kinematical structure with the opposite infall motion in either side of the central cores. It is a direct evidence of bipolar outflows in the core of L1521F.

주제어

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문제 정의

그리하여 본 연구에서는 별 진화의 초기 수축 단계에 있는 후보로 알려진 L1521F, 특히 여기에서 발견된 아기별 L1521F-IRS 주변에 대한 고밀도 중심 영역에서 보이는 운동학적인 특성을 알아보기 위하여 HCN(J=1-0) 분자선의 지도 관측을 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 HCN(J=1-0) 분자 분광선을 사용하여 별이 없는 분자운 핵의 중심 고밀도 영역에서 일어나는 운동학적 특성의 양상과 성질을 조사하였다. 점 관측으로부터 얻어진 분광선은 분자운 핵의 시선 방향으로 적분된 운동학적 정보를 보여준다.
6). 본 연구는 관측된 HCN 분자선이 이와 같은 분포를 보이는지 살펴봄으로써 L1521F-IRS의 적외선 영상에서 보여진 고깔모양의 영상이 가스 분출류의 존재에서 비롯된 것인지 살펴보고자 하는 것이다. Fig.
, 2010) 적외선 위성 망원경의 관측 자료를 통해 깊이 있는 해석을 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 Spitzer 우주망원경에 의해 적외선 파장에서 태양 광도의 10% 정도가 된다고 알려진 질량이 작은 아기별을 내포한 L1521F분자운, 특히 아기별 L1521F-IRS 주변의 운동학적 특성을 전파 분자선을 이용한 지도 관측 결과로 부터 이해하고자 한다.
본 연구에서는 다만 관측 가능한 물리양인 Tb/Tr의 공간적인 분포를 살펴봄으로써 적외선 관측으로만 추측되는 가스쌍극류의 존재여부를 파악하는 것에 초점을 둔다.
그리고 Spitzer 적외선 우주망원경의 관측 결과, L1521F-IRS로 명명된 극저광도천체가 존재하는 것으로 예측된다고 보고되었다. 본 연구에서는 이 천체의 운동학적 성질을 연구하기 위해, 기존의 분자 지시선보다 밝기가 약하지만 고밀도 중심에서 심각한 결여 현상을 보이지 않는 HCN(J=1-0)분자선을 지시자로 선택하여 분광 관측한 결과를 분석하였다. 기존에는 L1521F-IRS 주변에 대한 CS 지도 관측에서 보이는 적색비대칭 현상을 주로 팽창 운동의 결과로 해석했으나 본 연구에서 수행된 L1521F-IRS에 대한 HCN 지도 관측결과는 이 천체를 기준으로 동서 방향으로 청색비대칭과 적색비대칭 윤곽의 대칭적인 보여주는 결과를 얻었다.

제안 방법

HCN 분광성의 미세천이선들에서 나타난 공간적인 가스 운동의 특성을 파악하기 위하여 HCN 분광선 윤곽의 청색 성분의 최고 밝기(T_b)와 적색 성분의 최고 밝기(T_r)의 비를 계산하였다. 가스 쌍극류가 있는 지역의 보다 자세한 가스운동의 양상은 가스의 운동과 자세한 복사전달의 계산을 계산하는 이론적 모형의 연구를 통해 이루어질 수 있다.
HCN의 고밀도 중심영역에서의 분자 결핍현상과 공간적 넓이의 정도를 알아보고 동시에 정확한 중심 좌표를 결정하고자 관측된 HCN(J=1-0)의 적분 밝기 분포와 N₂H⁺ (J=1-0)의 적분 밝기 분포를 비교하였다. Fig.
이러한 이유로, L1521F는 극저광도천체를 포함하고 있는 천체로 여겨지고 있다. 그러나 Spitzer의 영상 자료만으로는 이 천체의 쌍극성 가스분출류의 존재를 파악하기 어려우므로 분광관측 연구를 수행하였다. L1521F의 극저광도천체 L1521F-IRS의 좌표정보는 Table 1.
, 2009). 그러나 영상 관측에서는 운동학적 요소를 직접적으로 해석하기 어려우므로, 본 연구에서는 L1521F의 운동학적정보를 얻을 수 있는 분광관측을 전파 파장대에서 수행하였다. 관측을 위한 지시선으로 고밀도 분자운 관측에서 중심 결핍 현상이 심각하지 않는 것으로 알려진(Lee et al.
지도 관측은 2003년 1월에서 3월에 수행되었으며, 관측시 전파망원경의 시스템 온도는 160-210 K 범위였다. 높은 분광 분해능을 얻기 위해 12 KHz의 채널 폭을 선정하여 MAC(millimeter auto correlator;밀리미터 상관기)를 사용하였다. 결과적으로 88.
본 연구에서는 HCN의 미세 천이선(F=i-j) 각각에 대해 가우스분포를 맞추는 방법으로 V_HCN(F=i−j)을 구하였다. 두개의 요소 성분 또는 비대칭 윤곽선을 갖는 HCN 천이선들에 대해서 값을 구할 때에는 각 선들의 속도를 얻기 위해 두개 성분에서 약한 밝기를 갖는 부분을 가리고 밝은 성분에 대해서만 가우시안 맞춤의 방법을 이용하였다. N₂H⁺ 분광선의 최대 밝기에 해당하는 속도 값 V_N2H+과 최대 밝기의 반에 해당하는 선폭인 ∆V_N2H+값은 Lee et al.
또한 δV 계산에서의 오차를 측정하기 위해 청색성분의 최대 밝기 값과 적색성분의 최대 밝기 값의 차이가 분광학적 잡음의 1σ 보다 큰 경우만 선택하여 처리하였다.
한번 관측으로 동시에 두개의 편광된 관측 자료를 획득하여 주어진 시간에 더 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있었으며, 주파수 스위칭 방법을 사용하여 하늘의 밝기를 보정하였다. 모든 관측 자료는 망원경의 주빔 효율을 고려하여 주빔 밝기로 변환하였다. 관측에 사용한 전파망원경의 빔크기는 88 GHz에서 약 70"이며, 빔효율은 약 0.
본 연구에서는 HCN의 미세 천이선(F=i-j) 각각에 대해 가우스분포를 맞추는 방법으로 VHCN(F=i−j)을 구하였다.
04 km/s의 속도 분해능을 얻을 수 있었다. 한번 관측으로 동시에 두개의 편광된 관측 자료를 획득하여 주어진 시간에 더 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있었으며, 주파수 스위칭 방법을 사용하여 하늘의 밝기를 보정하였다. 모든 관측 자료는 망원경의 주빔 효율을 고려하여 주빔 밝기로 변환하였다.

대상 데이터

HCN(J=1-0) 분자선에는 3개의 미세 천이선이 있으며, HCN(J=1-0)선의 주파수 설정을 위하여 Cologne 데이터 베이스의 값을 이용하였다. 이들 값의 불확실도는 약 1 KHz 정도로 실제 분광학적 분해능의 약 1/10-1/20배로 충분히 정밀한 HCN의 분자선 주파수를 제공해준다.
관측에 사용한 전파망원경의 빔크기는 88 GHz에서 약 70"이며, 빔효율은 약 0.95이다.
그러나 영상 관측에서는 운동학적 요소를 직접적으로 해석하기 어려우므로, 본 연구에서는 L1521F의 운동학적정보를 얻을 수 있는 분광관측을 전파 파장대에서 수행하였다. 관측을 위한 지시선으로 고밀도 분자운 관측에서 중심 결핍 현상이 심각하지 않는 것으로 알려진(Lee et al., 2003; Aikawa et al., 2005) HCN (J=1-0) 분자선을 선택하였다.
본 연구를 위해 미국의 Tucson에 위치한 Arizona Radio Observatory(ARO) 12 m 전파망원경을 이용하였다. 지도 관측은 2003년 1월에서 3월에 수행되었으며, 관측시 전파망원경의 시스템 온도는 160-210 K 범위였다.

이론/모형

, 2007). 관측된 분광선의 분석을 위해 CLASS 분석 소프트웨어(Buisson et al., 1994)와 IDL을 사용하였다.

성능/효과

높은 분광 분해능을 얻기 위해 12 KHz의 채널 폭을 선정하여 MAC(millimeter auto correlator;밀리미터 상관기)를 사용하였다. 결과적으로 88.6 GHz에서 약 0.04 km/s의 속도 분해능을 얻을 수 있었다. 한번 관측으로 동시에 두개의 편광된 관측 자료를 획득하여 주어진 시간에 더 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있었으며, 주파수 스위칭 방법을 사용하여 하늘의 밝기를 보정하였다.
본 연구에서는 이 천체의 운동학적 성질을 연구하기 위해, 기존의 분자 지시선보다 밝기가 약하지만 고밀도 중심에서 심각한 결여 현상을 보이지 않는 HCN(J=1-0)분자선을 지시자로 선택하여 분광 관측한 결과를 분석하였다. 기존에는 L1521F-IRS 주변에 대한 CS 지도 관측에서 보이는 적색비대칭 현상을 주로 팽창 운동의 결과로 해석했으나 본 연구에서 수행된 L1521F-IRS에 대한 HCN 지도 관측결과는 이 천체를 기준으로 동서 방향으로 청색비대칭과 적색비대칭 윤곽의 대칭적인 보여주는 결과를 얻었다. 이는 Spitzer 관측의 영상결과에서 보이는 고깔모양의 성운의 모습을 설명할 수 있는 직접적인 운동학적 증거로서, 그 원인이 중심에서 원시성이 형성되는 진화 단계에서 보이는 중심에서 바깥으로의 쌍극 분출류 현상에서 기인한 것으로 확인할 수 있었다.
(2006)에서 보여진 적외선 고깔모양과 잘 일치하는 모습을 보이고 있다는 것이다. 이러한 모습은 회전에 의한 운동으로도 해석할 수 있겠으나 적외선 파장에서 아기별이 중심부에 존재하고, HCN 분자선 윤곽의 T_b/T_r 분포지도가 적외선원의 고깔모양과 잘 일치하는 것으로 보아 본 관측은 L1521F-IRS에서 나오는 가스쌍극류의 존재를 확증하는 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	별의 형성 초기 단계에 대한 물리적 화학적 상태를 알기 위해 이해되어야 하는 대상은 무엇인가?	별의 형성 초기 단계에 대한 물리적 화학적 상태를 알기 위해 이해되어야 할 대상은 ‘무성 분자운핵(starless core)’이다. 이 천체는 분자운에서도 높은 밀도로 집중된 영역인 동시에 아직 항성 즉, IRAS 적외선 위성으로 관측된 점광원 목록에 포함되지 않은 천체로 정의된다(Beichman et al.
	전원시성핵은 어떠한 천제인가?	하지만 모든 무성 분자운핵에서 별이 생성되지는 않는다. 이들 중 ‘전원시성핵(Prestella Core)’은 중심 수소분자 밀도가 105-106 cm−3이며 화학적으로 진화된 상태의 고밀도 분자운 핵을 갖고 있고, 여러 분자선 관측으로 별이 형성되기 직전의 고밀도 가스 핵의 물리적인 상태를 지시하는 천체이다. 또한, 2003년 발사되어 관측을 수행중인 Spitzer 적외선 우주 망원경은 IRAS 적외선 우주 망원경 보다 높은 민감도와 정밀도로 0.
	무성 분자운핵은 어떻게 정의되는가?	별의 형성 초기 단계에 대한 물리적 화학적 상태를 알기 위해 이해되어야 할 대상은 ‘무성 분자운핵(starless core)’이다. 이 천체는 분자운에서도 높은 밀도로 집중된 영역인 동시에 아직 항성 즉, IRAS 적외선 위성으로 관측된 점광원 목록에 포함되지 않은 천체로 정의된다(Beichman et al., 1986; Lee and Myers, 1999).

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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