[論文レビュー] Characterization of Infrared Dark Clouds -- NH$_3$ Observations of an Absorption-contrast Selected IRDC Sample

R.-A. Chira, H. Beuther+5 more|Feb 27, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 29

ひとこと要約

本研究では、アンモニア（NH₃）（1,1）および（2,2）反転線観測を用いて、218個の北半球高対比赤外暗黒分子雲（IRDCs）の統計的特徴を明らかにした。その結果、IRDCsは平均して15 Kの運動温度を示し、線幅は約2 km s⁻¹、アンモニアの柱密度は約10¹⁴ cm⁻²、バーリア係数質量は100～3000 M⊙の間であることが判明した。これは、現在は安定しているが、将来的には崩壊する可能性があるバーリア平衡に近い状態にあることを示している。

ABSTRACT

Despite increasing research in massive star formation, little is known about its earliest stages. Infrared Dark Clouds (IRDCs) are cold, dense and massive enough to harbour the sites of future high-mass star formation. But up to now, mainly small samples have been observed and analysed. To understand the physical conditions during the early stages of high-mass star formation, it is necessary to learn more about the physical conditions and stability in relatively unevolved IRDCs. Thus, for characterising IRDCs studies of large samples are needed. We investigate a complete sample of 218 northern hemisphere high-contrast IRDCs using the ammonia (1,1)- and (2,2)-inversion transitions. We detected ammonia (1,1)-inversion transition lines in 109 of our IRDC candidates. Using the data we were able to study the physical conditions within the star-forming regions statistically. We compared them with the conditions in more evolved regions which have been observed in the same fashion as our sample sources. Our results show that IRDCs have, on average, rotation temperatures of 15 K, are turbulent (with line width FWHMs around 2 km s$^{-1}$), have ammonia column densities on the order of $10^{14}$ cm$^{-2}$ and molecular hydrogen column densities on the order of $10^{22}$ cm$^{-2}$. Their virial masses are between 100 and a few 1000 M$_\odot$. The comparison of bulk kinetic and potential energies indicate that the sources are close to virial equilibrium. IRDCs are on average cooler and less turbulent than a comparison sample of high-mass protostellar objects, and have lower ammonia column densities. Virial parameters indicate that the majority of IRDCs are currently stable, but are expected to collapse in the future.

研究の動機と目的

• 限られたサンプルサイズのため、未だ十分に特徴づけられていない初期段階の高質量星形成における物理的状態を理解すること。
• 大規模かつ完全なサンプルを用いて、比較的未発達なIRDCsの温度、乱流、安定性を調査すること。
• より発達した高質量プロト恒星対象と比較して、IRDCsの物理的性質を検討すること。
• IRDCsが重力的に束縛されており、崩壊の直前にあるかどうかを特定すること。
• アンモニアを温度計および動力学的 tracer として用い、運動温度、線幅、バーリア質量を導出すること。

提案手法

• 赤外線吸収対比に基づき、MSXカタログから218個の北半球高対比IRDCsの完全サンプルを選定した。
• 運動温度、線幅（乱流の代理指標）、および柱密度を導出するために、アンモニア（1,1）および（2,2）反転遷移を観測した。
• 運動温度の推定には、(1,1)線の輝度温度比を用い、反転遷移比法を適用した。
• 線幅（FWHM）を測定し、乱流運動およびバーリアパラメータを推定した。
• 銀河回転曲線モデルと源の径方向速度を用いて、動力学的距離を計算した。
• 線幅および柱密度データからバーリア質量を計算し、重力的安定性を評価するためにバーリアパラメータを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 未発達なIRDCsにおける典型的な運動温度および乱流線幅は何か？
• RQ2 IRDCsの物理的状態は、より発達した高質量プロト恒星対象と比べてどう異なるか？
• RQ3 IRDCsは重力的に束縛されており、バーリアパラメータは何か？
• RQ4 IRDCsにおけるアンモニアおよび分子水素の柱密度分布はどのようなものか？
• RQ5 IRDCsはバーリア平衡にあるのか？そしてこれは将来的な進化に何を示唆するか？

主な発見

• IRDCsの平均運動温度は15 Kであり、アンモニア（1,1）線の輝度温度比から導出された。
• IRDCsはFWHMが約2 km s⁻¹の線幅を示し、内部の顕著な乱流を示している。
• アンモニアの柱密度は10¹⁴ cm⁻²のオーダーであり、分子水素の柱密度は約10²² cm⁻²である。
• バーリア質量は100～数1000太陽質量の範囲にあり、高質量の可能性を示している。
• バーリアパラメータから、IRDCsはバーリア平衡に近く、現在は安定しているが将来的には崩壊する可能性があると示唆されている。
• 発達した高質量プロト恒星対象と比較すると、IRDCsは冷却されており、乱流も少なく、アンモニアの柱密度も低い。