[論文レビュー] ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy: V. Temperature structure and evolution

A. Giannetti, S. Leurini+6 more|Repository of the Academy's Library (Library of the Hungarian Academy of Sciences)|Mar 24, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 87被引用数 25

ひとこと要約

本研究は、ATLASGAL、ALMA、および地上のミリ/サブミリ波長観測を用いて、銀河中心部の質量的なクラスターの温度構造と進化系列を調査している。L/M比と赤外/電波連続スペクトルの性質に基づき、統計的に妥当な進化系列を特定し、ガスの徐々な加熱、ライン幅の増大、H₂体積密度の上昇を明らかにした。これは、降着、ZAMS通過、フィードバック支配の各段階と関連している。

ABSTRACT

(Abridged) Aims: We aim to use the progressive heating of the gas caused by the feedback of high-mass young stellar objects (YSOs) to prove the statistical validity of the most common schemes used to define an evolutionary sequence for high-mass clumps, and characterise the sensitivity of different tracers to this process. Methods: From the spectroscopic follow-ups of the ATLASGAL TOP100 sample, we selected several multiplets of CH3CN, CH3CCH, and CH3OH emission lines to derive and compare the physical properties of the gas in the clumps along the evolutionary sequence. Our findings are compared with results obtained from CO isotopologues, dust, and NH3 from previous studies on the same sample. Results: The chemical properties of each species have a major role on the measured physical properties. Low temperatures are traced by NH3, CH3OH, and CO (in the early phases), the warm and dense envelope can be probed with CH3CN, CH3CCH, and, in evolved sources via CO isotopologues. CH3OH and CH3CN are also abundant in the hot cores, and their high-excitation transitions may be good tools to study the kinematics in the hot gas surrounding the YSOs that these clumps are hosting. All tracers show, to different degrees, progressive warming with evolution. The relation between gas temperature and L/M is reproduced by a toy model of a spherical, internally heated clump. Conclusions: The evolutionary sequence defined for the clumps is statistically valid and we could identify the processes dominating in different intervals of L/M. For L/M<2Lsun/Msun a large quantity of gas is still being accumulated and compressed at the bottom of the potential well. Between 2Lsun/Msun40Lsun/Msun HII regions become common, showing that dissipation of the parental clump dominates.

研究の動機と目的

• 銀河中心部の質量的クラスターの温度構造と進化プロセスを理解すること。
• L/M比と赤外/電波連続スペクトルの性質が、統計的に妥当な進化系列を定義するかどうかを特定すること。
• 観測された分子線の性質（例：CH₃CN、CH₃OH）を物理的状態と進化段階に結びつけること。
• 異なるガス相において、観測された組成比が化学モデル（Garrod et al. 2008）と整合するかどうかを評価すること。
• 多波長データを用いて、高質量星形成領域の進化段階による分類フレームワークを確立すること。

提案手法

• 銀河中心部の質量的クラスターを抽出するために、ATLASGAL 870 μm連続スペクトルデータを用いた。
• ALMAおよび地上望遠鏡（Mopra、IRAM 30m）の分子線観測（CH₃CN、CH₃OH、CO）を統合し、ガスの温度と運動を調査した。
• アセトニトリルの高Jおよび高K遷移と、ねじれ励起状態のメタノール線を用いて励起状態を分析した。
• L/M比と赤外/電波連続スペクトルの性質に基づき、進化段階を分類して進化フェーズを定義した。
• 観測された分子組成比をGarrod et al. (2008)の化学モデルと比較し、完全な氷の組成と縮小された氷の組成の両方のシナリオを検証した。
• 統計的分析を用いて、ライン幅、体積密度、メーザー検出率の傾向を通じて、進化系列の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 L/M比と赤外/電波連続スペクトルの形状は、質量的クラスターにおいて統計的に妥当な進化系列を定義するか？
• RQ2 分子線の性質（例：CH₃CN、CH₃OH）は、L/M比と源の年齢の増加に伴ってどのように変化するか？
• RQ3 観測されたCH₃CNおよびCH₃OHの組成比は、化学モデルの予測とどの程度一致するか？
• RQ4 進化系列に伴い、物理的変化（ガス温度、H₂密度、ライン幅など）はどのように生じるか？
• RQ5 どのL/M閾値でフィードバックプロセスが支配的になり、コンパクトH II領域が検出可能になるか？

主な発見

• L/M比と赤外/電波連続スペクトルの性質は、質量的クラスター全体にわたって統計的に妥当な進化系列を定義している。
• L/M ≤ 2 L☉ M☉⁻¹ の段階では、初期の収縮／圧縮段階にあり、CH₃CNの検出率は低く、COの非熱的励起状態が観測され、メタノールメーザーの割合はわずか17％である。
• L/M が 2 から 40 L☉ M☉⁻¹ の間では、質量の降着が進行し、ZAMS（約10 L☉ M☉⁻¹）に達する。この段階ではメーザー検出率が上昇（33％から80％へ）し、高温コア活動も増加する。
• L/M ≥ 40 L☉ M☉⁻¹ では、電波連続スペクトルが一般的に観測され、フィードバック支配の兆候が示され、メーザー検出率は約80％に安定する。
• 高温コア（約4×10⁻¹⁰）およびエンvelope（約10⁻⁷）におけるCH₃CNの組成比は、Garrod et al. (2008)のモデルと整合している。
• 高温ガスにおけるCH₃OHの組成比は、縮小された氷の組成モデルを用いた場合にのみモデル予測と一致するが、冷たいガスでは観測値が予測値よりも顕著に高い。