[論文レビュー] ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy IV. Millimeter hydrogen recombination lines from associated HII regions

W.-J. Kim, F. Wyrowski+3 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Feb 7, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、ミリ波長の水素再結合線（mm-RRL）の検出において、これまでで最も大きなサンプルを報告している。銀河の内側領域に位置する大質量・高密度クラスターの178個のクラスターに対して、IRAM 30mおよびMopra 22m電波望遠鏡を用いた標的観測を実施した。134件のmm-RRL検出は既知のH ii領域と関連していることが確認され、8件の新しいH ii領域候補が特定された。また、9件の源では幅広いライン幅が観測され、それらは原始的で非常に若い超小形H ii領域であり、まだ母体となる分子雲に埋め込まれた状態にある可能性を示唆している。

ABSTRACT

Observations of millimeter wavelength radio recombination lines (mm-RRLs) are used to search for HII regions in an unbiased way that is complementary to many of the more traditional methods previously used. We carried out targeted mm-RRL observations (39$\leq$ principal quantum number ($n$) $\leq$65 and $Δn$ = 1, 2, 3 and 4, i.e. H$nα$, H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$) using the IRAM 30m and Mopra 22m telescopes. We observed 976 compact dust clumps selected from a catalog of $\sim$10,000 ATLASGAL sources. We detected H$nα$ mm-RRL emission toward 178 clumps; H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$ were also detected toward 65, 23, and 22 clumps, respectively. This is the largest sample of mm-RRLs detections published to date. Comparing the positions of these clumps with radio continuum surveys we identified compact radio counterparts for 134 clumps. The nature of the other 44 detections is unclear, but 8 detections are thought to be potentially new HII regions. Broad linewidths are seen toward nine clumps (linewidth > 40 km s$^{-1}$) revealing significant turbulent motions within the ionized gas. We find that the linewidth of the H$^{13}$CO$^{+}$ (1$-$0) emission is significantly wider than those without mm-RRL detection. We also find a correlation between the integrated fluxes of the mm-RRLs and the 6 cm continuum flux densities of their radio counterparts. We find that the mm-RRL emission is associated with HII regions with $n_{e}<10^{5}$ cm$^{-3}$ and HII region diameter >0.03 pc. We detected mm-RRLs toward 178 clumps and identified eight new HII region candidates. The broad mm-RRL from nine clumps may indicate that they arise in very young hyper-compact HII regions. The mm-RRLs trace the radio continuum sources detected by high-resolution observations and their line parameters show associations with the embedded radio sources and their parental molecular clumps.

研究の動機と目的

• ATLASGAL調査から選別された大質量・高密度クラスターの広範かつ偏りのないサンプルに対して、ミリ波長の水素再結合線（mm-RRL）を検出すること。
• これらのクラスターに関連する電離ガス、特に初期進化段階にある埋め込まれたH ii領域を特定・特徴付けること。
• 特にダストに遮蔽されたH ii領域を特定するため、mm-RRLを電波連続スペクトルおよび赤外線調査と併用する補足的プローブとして用いること。
• これらの領域における電離ガスの運動・物理的性質（乱流や電子密度を含む）を調査すること。
• mm-RRLのドップラー速度を分子ガス tracer（H$^{13}$CO$^+$）および電波連続スペクトルの対応物と比較することで、大質量星形成の進化段階を特定すること。

提案手法

• IRAM 30mおよびMopra 22m電波望遠鏡を用いて、主量子数 $ n = 39 $ から $ 65 $ の範囲で標的観測を実施し、H$ n\alpha $、H$ n\beta $、H$ n\gamma $、H$ n\delta $遷移を含むmm-RRLを測定した。
• ATLASGALカタログから976個のコンパクトなダストクラスターを選別し、中赤外線が明るい（星形成中）および静穏な（中赤外線が暗い）クラスターの代表的な混合を確保した。
• mm-RRLの位置を高分解能電波連続スペクトル調査（例：MTT、RMS）と照合し、コンパクトな電波対応物を特定し、H ii領域との関連を確認した。
• 密度の高い分子ガスをトレースするためH$^{13}$CO$^+$ (1–0)線の放射を用い、mm-RRLのシステム速度と比較することで、物理的関連性を確認した。
• 光学的厚さを仮定し、標準的なRRL形式を用いて、mm-RRL線の強度比と積分輝度から電子密度を計算した。
• 過去の調査で得られたcm-RRLと比較し、ライン幅の統計的比較を実施することで、圧力による幅広化およびビーム効果の影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ATLASGALで選別された大質量クラスターのうち、何パーセントが検出可能なmm-RRL放射を示しており、それらが埋め込まれたH ii領域を示していると考えられるか？
• RQ2 mm-RRLのドップラー速度およびライン幅は、分子ガストレーサー（H$^{13}$CO$^+$）および電波連続スペクトル源とどのように比較されるか？
• RQ3 通常とは著しく幅広いライン幅（>40 km s$^{-1}$）を示すmm-RRL検出の物理的性質は何か？
• RQ4 mm-RRL検出は6 cm電波連続スペクトルの輝度密度とどの程度相関しており、これにより電子密度およびH ii領域のサイズに関する何が示唆されるか？
• RQ5 mm-RRL検出は超小形または極小形H ii領域と一致していると見なせるか？また、過去のcm-RRL調査と比較するとどうなるか？

主な発見

• 178個のクラスターでH$ n\alpha $ mm-RRL放射が検出され、H$ n\beta $、H$ n\gamma $、H$ n\delta $遷移ではそれぞれ65件、23件、22件の検出が確認された。これは、これまでで最大のmm-RRLサンプルである。
• mm-RRL検出の134件はコンパクトな電波連続スペクトル対応物を有しており、それらが既知のH ii領域と関連していることが確認された。
• 8件のmm-RRL検出には既知の電波対応物が存在しなかったため、新しいH ii領域候補である可能性が示唆された。
• 9件のクラスターでは幅広いmm-RRLライン幅（>40 km s$^{-1}$）が観測され、それらは顕著な乱流運動を示しており、非常に若い超小形H ii領域である可能性を支持する。
• mm-RRLのシステム速度はH$^{13}$CO$^+$ (1–0)線の速度と一致しており、電離ガスと高密度分子クラスターとの物理的関連性が確認された。
• mm-RRLの積分輝度と6 cm連続スペクトル輝度の間に強い相関（ピアソン相関係数 $ \rho = 0.70 $）が確認され、mm-RRLが電波連続スペクトルと同一の電離ガス領域をトレースしていることが裏付けられた。