[論文レビュー] An Observational Perspective of Low Mass Dense Cores II: Evolution towards the Initial Mass Function

D. Ward–Thompson, Paulo André+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2006

Advanced X-ray Imaging Techniques参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、低質量で高密度な分子雲コアに関する観測的証拠をレビューし、コアの進化が環境要因によって規定されることを示している。孤立した静穏な領域では準静的で磁気的制御を受けるコア形成が有利であるのに対し、集積的で高圧力の領域では動的で乱流を伴うコア進化が支配的である。主な結果として、準原始コアは2–5自由落下時間にわたって存続し、孤立したコアでは乱流とほぼ同等の役割を果たす磁場が関与している。これは、異なる環境条件下でコア形成がハイブリッド的メカニズムによって駆動されることを支持する。

ABSTRACT

We review the properties of low mass dense molecular cloud cores, including starless, prestellar, and Class 0 protostellar cores, as derived from observations. In particular we discuss them in the context of the current debate surrounding the formation and evolution of cores. There exist several families of model scenarios to explain this evolution (with many variations of each) that can be thought of as a continuum of models lying between two extreme paradigms for the star and core formation process. At one extreme there is the dynamic, turbulent picture, while at the other extreme there is a slow, quasi-static vision of core evolution. In the latter view the magnetic field plays a dominant role, and it may also play some role in the former picture. Polarization and Zeeman measurements indicate that some, if not all, cores contain a significant magnetic field. Wide-field surveys constrain the timescales of the core formation and evolution processes, as well as the statistical distribution of core masses. The former indicates that prestellar cores typically live for 2--5 free-fall times, while the latter seems to determine the stellar initial mass function. In addition, multiple surveys allow one to compare core properties in different regions. From this it appears that aspects of different models may be relevant to different star-forming regions, depending on the environment. Prestellar cores in cluster-forming regions are smaller in radius and have higher column densities, by up to an order of magnitude, than isolated prestellar cores. This is probably due to the fact that in cluster-forming regions the prestellar cores are formed by fragmentation of larger, more turbulent cluster-forming cores, which in turn form as a result of strong external compression.

研究の動機と目的

• 分子雲内の低質量で高密度なコア、特に星がない準原始コアおよびクラス0の原始星を伴うコアの形成と進化を理解すること。
• 準静的で磁気的制御を受けるプロセスから、動的で乱流を伴う崩壊シナリオに至るまでの、競合するコア進化理論的モデルを評価すること。
• 外部圧力、磁場、他の星への近接性といった環境要因がコアの性質や質量関数形成に与える影響を特定すること。
• 広域サーベイおよび偏光／ゼーマン測定がコアの寿命や磁場強度を制約する役割を評価すること。
• 異なる星形成領域におけるコアの性質を比較し、コア形成メカニズムに環境依存性があるかどうかを同定すること。

提案手法

• 広域のサブミリ波・ミリ波連続スペクトルサーベイ（例：SCUBA、Herschel、ALMA）を用いて、高密度コアの分布と表面密度をマッピングする分析。
• 特にダストおよび分子線の偏光を用いて、コア内での磁場の向きと強度を推定する偏光測定の活用。
• 高密度領域（n(H₂) ~ 10⁵–10⁶ cm⁻³）における線形偏光方向の磁場強度を推定するためにゼーマン効果測定の応用。
• 孤立領域と集積形成領域におけるコアの性質（サイズ、表面密度、質量）を比較し、環境要因の影響を評価。
• 観測されたコアの寿命（2–5自由落下時間）からコアの自由落下 timescale を推定し、動的モデルと準静的モデルを検証。
• 単一電波望遠鏡（例：JCMT、Herschel）と干渉計（例：CARMA、ALMA）からの多波長データを統合し、高ダイナミックレンジでコア構造と磁場を解像する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 孤立した低圧環境と集積的で高圧力の領域との間で、コア形成と進化はどのように異なるか？
• RQ2 磁場と乱流のどちらが準原始コアの物理的性質を形作る上でより重要な役割を果たすか？
• RQ3 コアの寿命と動的 timescale は、準静的モデルか動的モデルかのどちらを支持するか？
• RQ4 広域サーベイは、コア質量の統計的分布と星の初期質量関数との関連性をどのように制約するか？
• RQ5 外部圧縮や近接する原始星といった環境要因が、コアの分製数や集積形成に及ぼす影響はどの程度か？

主な発見

• 準原始コアは通常2–5自由落下時間にわたって存続しており、これは崩壊に至るまでの相対的に短い進化段階であることを示している。
• 磁場はほとんどのコアで顕著であり、観測結果から、孤立した準原始コアでは乱流とほぼ同等の役割を果たしていると示唆されている。
• 集積形成コアは、孤立した準原始コアと比較して表面密度が高く、半径は最大で1桁小さい—これは、より大きな乱流を伴う集積形成コアの分裂に起因する可能性がある。
• 外部環境が支配的な形成メカニズムを決定づけている：孤立コアは準静的に進化するが、集積コアは動的で乱流を伴うプロセスによって形作られる。
• 広域サーベイの結果、コア質量の統計的分布は星の初期質量関数を決定づけるものと一致している。
• 集積形成領域では顕著なコア間相互作用が観測されないため、動的相互作用が低質量領域における質量関数形成の主因である可能性は低いとされる。