[論文レビュー] An ISOCAM Absorption Survey of the Structure of Pre-stellar Cloud Cores

A. Bacmann, P. André+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2000

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、6角秒の分解能を有する中赤外線ISOCAM吸収イメージングを用い、散乱背景に対して24個の前星状コアをマッピングした。その結果、コアの表面密度プロファイルが中心部で平坦化（$N_{H_2} \propto r^{-1}$ よりも急である）し、5,000–10,000 AUを超える領域で急峻に傾き、少なくとも3つのコアが15,000–30,000 AUに鋭い端縁を示すことが判明した。これらの端縁は、有限の質量貯蔵庫を示しており、星の質量が主に前星状段階で決定されるという仮説を支持する。

ABSTRACT

We present the results of a mid-infrared (7 micron) imaging survey of a sample of 24 starless dense cores carried out at an angular resolution of 6 arcsec with the ISOCAM camera aboard the Infrared Space Observatory (ISO). The targeted cores are believed to be pre-stellar in nature and to represent the initial conditions of low-mass, isolated star formation. In previous submillimeter dust continuum studies of such pre-stellar cores, it was found that the derived column density profiles did not follow a single power-law such as N[H2] \propto r^(-1) throughout their full extent but flattened out near their center. These submillimeter observations however could not constrain the density profiles at radii greater than ~ 10000 AU. The present absorption study uses ISOCAM's sensitivity to map these pre-stellar cores in absorption against the diffuse mid-infrared background. The goal was to determine their structure at radii that extend beyond the limits of sensitivity of the submillimeter continuum maps and at twiceas good an angular resolution. Among the 24 cores observed in our survey, a majority of them show deep absorption features. The starless cores studied here all show a column density profile that flattens in the center, which confirms the submillimeter emission results. Moreover, beyond a radius of ~ 5000-10000 AU, the typical column density profile steepens with distance from core center and gets steeper than N[H2] \propto r^(-1), until it eventually merges with the low-density ambient molecular cloud. At least three of the cores present sharp edges at R ~ 15000-30000 AU and appear to be decoupled from their parent clouds, providing finite reservoirs of mass for subsequent star formation.

研究の動機と目的

• サブミリ波長連続スペクトルマップの感度限界を超えた前星状コアの径方向構造を特定すること。
• 孤立星形成の理論的モデルと整合するかどうかを検証すること。
• 星形成のための質量貯蔵庫が有限か無限かを、コア外縁領域を調査することで評価すること。
• 観測された構造が、星の初期質量関数が収縮前段階で決定されるモデルを支持するかどうかを検証すること。

提案手法

• ISO搭載のISOCAMを用いて、6角秒の角度分解能を持つ中赤外線（7 μm）イメージングを実施し、散乱中赤外線背景に対する吸収特徴を検出する。
• 観測された23の24のフィールドで吸収特徴を特定し、散乱背景に対して密度が高く冷たいコア物質が吸収状態にあることを確認した。
• ISOCAMの強度プロファイルを、1.3 mm連続スペクトルおよびラインデータからの独立的な制約と組み合わせ、径方向表面密度プロファイルを導出する。
• 傾斜および幾何的要因を補正するための再投影技術を用いて、真の径方向プロファイルを推定する。
• 観測プロファイルを、単一等温球体およびアンビポーラ拡散モデルを含む理論的モデルと比較する。
• 外縁部の急峻なプロファイルが、有限の質量貯蔵庫および原始星への物質降着ダイナミクスに与える影響を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サブミリ波長連続スペクトル研究が示唆するように、前星状コアは中心部で平坦化した表面密度プロファイルを示すか？
• RQ2 サブミリ波長マップの感度が低下する10,000 AUを超える半径領域における前星状コアの径方向構造はいかなるものか？
• RQ3 観測されたコアのいずれかに、星形成のための有限の質量貯蔵庫を示す鋭い外縁が存在するか？
• RQ4 観測された径方向表面密度プロファイルは、単一等温球体やアンビポーラ拡散モデルなどの理論的モデルとどのように一致するか？
• RQ5 前星状コアの初期密度プロファイルが、原始星への物質降着率および最終的な星の質量にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 24の観測フィールドのうち23つで深い中赤外線吸収特徴を確認し、散乱背景に対して密度が高く冷たいコア物質が吸収状態にあることを裏付けた。
• 前星状コアの中心部表面密度プロファイルは著しく平坦化しており、$N_{H_2} \propto r^{-0.15}$ から $r^{-0.2}$ の関係を示し、$r^{-1}$ よりも急である。これはサブミリ波長の結果を確認するものである。
• 5,000–10,000 AUを超える領域では、表面密度プロファイルが急峻に傾き、$N_{H_2} \propto r^{-1}$ に近づき、$R_{\text{edge}} \sim 0.05–0.3$ pc 以降では $r^{-2}$ よりも急峻になる。
• 少なくとも3つのコアが $R \sim 15,000–30,000$ AU に鋭い端縁を示し、表面密度が $r^{-2}$ よりも急激に低下しており、密度勾配が $\rho \propto r^{-3}$ またはそれ以上に急であることを示唆している。
• 鋭い端縁の存在は、星形成のための質量貯蔵庫が有限であることを示しており、星の質量が主に前星状段階で決定されることを支持する。
• 強い背景磁場（約30–100 μG）を有するアンビポーラ拡散モデルが観測プロファイルと最も一致するが、糸状構造を説明するには、より複雑な乱流磁場を含むモデルの必要がある可能性がある。