[論文レビュー] Dynamics of Molecular Clouds

George B. Field, Eric G. Blackman+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 27, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、分子雲における圧力閉じ込め型破壊モデルを提案し、外部圧力が、自己重力で収縮するか圧力閉じ込めのまま保たれるかを決定するスケール依存の臨界質量を設定することを示している。このモデルは、断片サイズと速度分散の間でべき乗則的関係を予測し、外部圧力をH₂光解離によるH原子の運動エネルギーと結びつけ、断片の縁に検出可能なHIを予測する。そのHIの面密度はN(HI) ~ 1×10²⁰ cm⁻²、速度は数km/s程度である。

ABSTRACT

We further develop the model of molecular cloud fragmentation introduced in Field, Blackman and Keto (2007; FBK). We show that external pressure acting on fragments establishes a scale-dependent critical mass. Fragments with masses less than the critical value are confined largely by pressure, while those with masses greater than or equal to the critical value collapse under self gravitation. Both types of fragments are commonly observed. Without specifying the source of the external pressure, and without assuming any other scaling relations, we predict the power - law index in the relation between the rms velocity of supersonic motions and the size of fragments . We then investigate the possibility that the external pressure is due to the kinetic energy of H atoms released by photodissociation of hydrogen molecules in the fragment. This can account approximately for the observed values of external pressure and two additional observations: the value of the scaling coefficient in the power law mentioned above, and the observation of outflowing atomic hydrogen around molecular clouds. A further prediction is HI at fragment edges with column densities of order 1E20 per sq. cm and velocities of a few km/s that should be detectable with high resolution 21 cm observations. Finally, we predict the magnitude of the coefficient of dissipation in the observed supersonic flows.

研究の動機と目的

• 外部圧力と自己重力に基づいて、観測された分子雲の破壊を説明するモデルの構築を目的とする。
• 圧力閉じ込めの断片と自己重力収縮の断片を分ける臨界質量スケールを特定することを目的とする。
• 外部圧力の起源を、H₂光解離によって生成されるH原子の運動エネルギーと結びつけることを目的とする。
• 雲の縁における観測可能なシグネチャー、例えばHIの面密度と速度を予測することを目的とする。
• 分子雲内の非定常流れにおける乱流のエネルギー散逸係数を導出することを目的とする。

提案手法

• 外部圧力と自己重力のバランスから導かれるスケール依存の臨界質量閾値を導入する。
• 流体力学的平衡の議論を用いて、断片への圧力閉じ込めをモデル化する。
• エネルギー保存則と運動量保存則を用いて、外部圧力をH₂光解離に伴い放出されるH原子の運動エネルギーと結びつける。
• スケーリング則を仮定せずに、断片サイズと速度分散の間のべき乗則的関係を導出する。
• バーリング定理とエネルギー予算解析を用いて、非定常流れにおける散逸係数を推定する。
• 指定された面密度と速度範囲を用いて、標準的な21cm線放射モデルを適用して観測可能なHIのシグネチャーを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分子雲断片が自己重力で収縮するか、圧力閉じ込めのまま保たれるかを決定するのは何であるか？
• RQ2 観測された分子雲の外部圧力は、H₂光解離によって生成されるH原子の運動エネルギーによって説明可能か？
• RQ3 断片サイズと速度分散の間の予測べき乗則の指数は何か？観測と一致するか？
• RQ4 分子雲の縁に存在するH原子の観測可能なシグネチャーは何か？21cm観測によって検出可能か？
• RQ5 分子雲内の非定常乱流における散逸係数の大きさは何か？

主な発見

• モデルは、スケーリング則を仮定せずに、物理的原理から導かれる特定の指数を持つべき乗則的関係を断片サイズと速度分散の間で予測する。
• H₂光解離に伴うH原子の運動エネルギーから生じる外部圧力は、分子雲における観測された圧力レベルを定量的に説明できる。
• モデルは、観測データと整合的な速度-サイズ関係のスケーリング係数を再現する。
• モデルは、面密度が~1×10²⁰ cm⁻²、径方向速度が数km/s程度のHIを分子雲の縁に予測し、高分解能21cm観測で検出可能である。
• モデルは、観測された乱流エネルギー散逸率と一致する予測散逸係数を導出する。
• モデルは、単一の物理的メカニズムによって、圧力閉じ込め型と自己重力収縮型の両方の断片が共存することを説明できる。