[論文レビュー] ATOMS: ALMA Three-millimeter Observations of Massive Star-forming regions -- V. Hierarchical fragmentation and gas dynamics in IRDC G034.43+00.24

Hongli Liu, Anandmayee Tej+37 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 75被引用数 31

ひとこと要約

本研究では、IRDC G034.43+00.24内の質量的原始星クラスターMM1に対するALMA 3 mm観測を行い、乱流および動的質量流入によって駆動される、雲、クラスター、コアスケールにおける階層的破壊を明らかにした。主な発見は、出雲、バージャル状態のコア、および速度勾配によって示されるスケール依存の降着の連鎖的発現であり、高質量星形成におけるマルチスケールの破壊と関連した動的質量流入／降着シナリオを支持するものである。

ABSTRACT

We present new 3-mm continuum and molecular lines observations from the ATOMS survey towards the massive protostellar clump, MM1, located in the filamentary infrared dark cloud (IRDC), G034.43+00.24 (G34). The lines observed are the tracers of either dense gas (e.g. HCO+/H13CO+ J = 1-0) or outflows (e.g. CS J = 2-1). The most complete picture to date of seven cores in MM1 is revealed by dust continuum emission. These cores are found to be gravitationally bound, with virial parameter, $\alpha_{vir}<2$. At least four outflows are identified in MM1 with a total outflowing mass of $\sim 45 M_\odot$, and a total energy of $\sim 1 imes 10^{47}$ erg, typical of outflows from a B0-type star. Evidence of hierarchical fragmentation, where turbulence dominates over thermal pressure, is observed at both the cloud and the clump scales. This could be linked to the scale-dependent, dynamical mass inflow/accretion on clump and core scales. We therefore suggest that the G34 cloud could be undergoing a dynamical mass inflow/accretion process linked to the multiscale fragmentation, which leads to the sequential formation of fragments of the initial cloud, clumps, and ultimately dense cores, the sites of star formation.

研究の動機と目的

• IRDC G034.43+00.24内の質量的原始星クラスターMM1における階層的破壊およびガス力学を調査する。
• 高質量星形成がコア降着か競争的降着かのどちらのメカニズムで進行するかという未解決の問題に取り組み、破壊スケールおよび質量流入率を分析する。
• マルチスケールの質量流入／降着が、質量的クラスター内の破壊および原始星成長をどのように駆動するかを特定する。
• 運動学および出雲の性質を特徴づけ、乱流およびフィードバックの役割が破壊プロセスに与える影響を評価する。
• 観測された破壊パターンと、特にグローバル階層的崩壊および慣性流入モデルを含む高質量星形成の理論的モデルとの関連を確立する。

提案手法

• IRDC G034.43+00.24のMM1およびMM2を対象として、高分解能のALMA 3 mm連続スペクトルおよび分子線観測（HCO+/H13CO+ J=1–0、CS J=2–1）を実施した。
• チリ連続放射を用いて、9つの密度の高いコア（MM1に7つ、MM2に2つ）を特定・特徴づけ、質量、サイズ、密度などの物理的性質を測定した。
• バージャルパラメータ解析（αvir < 2）を用いてコアの重力的束縛状態を評価した。
• CS J=2–1線の発生を用いて出雲を同定し、合計出雲質量（約45 M⊙）およびエネルギー（約1×10⁴⁷ ergs）を推定した。これはB0型星によって駆動される出雲と整合的である。
• H13CO+ (1–0)の大型速度勾配をマッピングし、約0.18 pcスケールでの回転運動または流入運動を推定した。これは小さなディスクではなく、回転構造の存在を示唆する。
• 流入と出雲の運動量保存を用いて、質量流入率（Ṁinf ~ 10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹）およびコアスケールの降着率（Ṁacc ~ 10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹）を定量化した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IRDC G034.43+00.24内の質量的クラスターMM1における階層的破壊の程度とスケールは何か？
• RQ2 運動学および力学、特に速度勾配と出雲が、高質量星形成の既存モデルを支持するか、あるいは挑戦するか？
• RQ3 この系におけるマルチスケールの質量流入／降着が、破壊および原始星成長を駆動する役割を果たすか？
• RQ4 観測された出雲の性質および降着率は、B0型原始星の理論的期待値とどのように一致するか？
• RQ5 観測された破壊および流入パターンは、動的でスケール依存の質量流入／降着シナリオによって説明可能か？

主な発見

• 9つのチリコアが同定され、そのうち7つがMM1、2つがMM2に属する。MM1の7つのコアは、このクラスターで観測された中で最も包括的なコア集団である。
• 全9つのコアが重力的に束縛されており、バージャルパラメータαvir < 2であることから、星形成のための崩壊が進行している可能性が高い。
• MM1における合計出雲質量は約45 M⊙、合計エネルギーは約1×10⁴⁷ ergsであり、B0型原始星によって駆動される出雲と整合的である。
• H13CO+ (1–0)線の発生に見られる大型のバタフライ型速度勾配（スケール約0.18 pc）は、小さなディスクではなく、回転構造の存在を示唆している。
• MM1およびMM2の両方で、3–8 km s⁻¹ pc⁻¹の中間スケールの速度勾配が観測され、コアクラスターへのガス流入を示し、質量流入率は10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹のオーダーである。
• コアスケールの降着率（Ṁacc ~ 10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹）がクラスター スケールの流入率（Ṁinf ~ 10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹）よりも低いことから、大スケールから小スケールへと質量流入が段階的に進行していることが示され、動的で階層的な降着プロセスを支持する。