[論文レビュー] Dust properties of the dark cloud IC5146 - Submillimeter and NIR imaging

C. Krämer, John Richer+3 more|ArXiv.org|Dec 11, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用数 55

ひとこと要約

本研究では、IC 5146暗黒分子雲のプレスターラルコア領域におけるダスト性質を分析するため、450 μmおよび850 μmの準ミリ波長ダスト連続スペクトル観測と近赤外消光マップを統合した。温度が20 Kから12 Kに低下するに従い、ダスト発光率（κ′）が約4倍に著しく増加することが判明し、冷たく密度の高いコアにおける粒子凝集および氷被膜成長を強く支持するものであり、理論的モデルおよび先行するCO凍結観測と整合的である。

ABSTRACT

We present the results of a submillimeter dust continuum study of a molecular ridge in IC5146 carried out at 850micron and 450micron with SCUBA on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). The mapped region is 14'x2.5' in size (2pc x 0.3pc) and consists of at least four dense cores which are likely to be prestellar in nature. To study the dust properties of the ridge and its embedded cores, we combined the dust emission data with dust extinction data obtained by Lada et al. (1999) from the NIR colors of background giant stars. The ridge shows dust extinctions above ~10mag, rising up to 35mag in the cores. A map of dust temperatures, constructed from the continuum flux ratios, shows significant temperature gradients: we find temperatures of up to ~20K in the outskirts and between the cores, and down to ~10K in the cores themselves. The cores themselves are almost isothermal. We used the extinction data to derive in addition a map of the dust emissivity. Its average value agrees well with the canonical value of Mathis (1990). We find that the dust emissivity parametrized by kappa_850/kappa_V increases by a factor of about 4 when the dust temperature decreases from ~20K to ~12K. A Monte Carlo simulation shows that this change is significant with regard to the estimated calibration uncertainties. This is consistent with models of dust evolution in prestellar cores by Ossenkopf & Henning (1994) and with the previous detection of gas-phase depletion of CO in one of the IC5146 cores by Kramer et al. 1999.

研究の動機と目的

• IC 5146のプレスターラルコアフィラメントにおけるダスト温度および発光率分布を、多波長の準ミリ波長および近赤外データを用いて特定すること。
• 冷たく密度の高い環境（プレスターラルコアに典型的な環境）において、ダスト性質（特に発光率）が温度にどのように変化するかを調査すること。
• 観測されたダスト透過率の変化が、凝集や氷被膜形成などの粒子進化プロセスによって説明可能かどうかを検証すること。
• 消光と準ミリ波長放射の両方から独立して導かれたコア質量を比較し、一貫性とキャリブレーションの正確性を評価すること。
• 温度、発光率指数β、絶対透過率を分離するための短波長準ミリ波長データの必要性を評価すること。

提案手法

• JCMTのSCUBAを用いて、2 pc × 0.3 pc領域において450 μmおよび850 μmの深さのある準ミリ波長ダスト連続スペクトルマップを取得した。
• 一定のスペクトル指数β = 2を仮定し、準ミリ波長の放射率比（S450/S850）と組み合わせて、1本の線方向に1つのダスト成分を仮定してダスト温度マップを導出した。
• Ladaら（1999年）の近赤外消光データ（背景星の色に基づく）を用い、A_Vを導出し、ダスト密度をマップ化した。
• 一定のκ_Vを仮定して、消光と準ミリ波長放射率データを組み合わせ、ダスト発光率比κ′ = κ850 / κ_Vを計算した。
• 観測された温度依存発光率変化の有意性を、キャリブレーション誤差に対して評価するためのモンテカルロシミュレーションを実施した。
• コアの半径方向温度プロファイルを構築し、A_V、標準的κ850、および温度とκ′プロファイルを考慮した放射率に基づくモデリングから導かれたコア質量と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC 5146のプレスターラルコアフィラメントにおけるダスト温度はどのように変化するのか。観測された温度勾配の原因は何か。
• RQ2 冷たく密度の高いコア内部において、ダスト発光率（κ′）は温度低下に伴い著しく増加するか。
• RQ3 観測された発光率の変化は、Ossenkopf & Henning（1994）らの粒子進化モデルの予測とどの程度一致するか。
• RQ4 温度および透過率の変化を考慮した場合、消光（A_V）から導かれたコア質量と準ミリ波長ダスト放射から導かれたコア質量はどの程度一貫しているか。
• RQ5 キャリブレーション誤差が観測された発光率トレンドの有意性に与える影響は何か。さらなる観測はどのようなものが必要か。

主な発見

• ダスト温度は外縁部の約20 Kから、最も密度の高いコア部では約10–18 Kにまで低下し、0.067 pcスケールでほぼ等温的プロファイルを示す。
• 温度依存の発光率の著しい増加（κ′）が観測され、20 Kで約1.3×10⁻⁵から12 Kで約5×10⁻⁵にまで増加し、約4倍の増加が確認された。モンテカルロシミュレーションにより高い有意性が裏付けられた。
• この温度依存のκ′増加は、理論的モデル（Ossenkopf & Henning 1994）による冷たく密度の高いコアにおける粒子凝集および氷被膜成長と整合的である。
• A_Vから導かれたコア質量（M_Av）は、0.13 pcの直径で4～7 M⊙の範囲にあり、温度とκ′を考慮した標準的κ850とT_dustから導かれた質量（M_canon）と30%以内で一致した。
• 放射率から導かれた質量（M_core）は、M_Avから0.85の定数倍の系統的ずれを示しており、温度と発光率を考慮した場合、キャリブレーションが一貫していることを示している。
• 本研究は、冷たいコアのピーク放射が100–300 μmに位置することを踏まえ、β、T_dust、絶対透過率を完全に分離するには短波長準ミリ波長データ（例：Herschelからのデータ）が不可欠であると結論づけた。