[論文レビュー] Earliest phases of star formation (EPoS): Dust temperature distributions in isolated starless cores

N. Lippok, R. Launhardt+10 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jun 14, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 60被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、ハーシェルおよび地上望遠鏡のサブミリ波長データを用いて、レイトレーシング逆問題技術を用いて6つの孤立した星形成前核におけるダスト温度および密度構造を導出する。この手法により、外部からのISRF加熱とダストで覆われた包層による遮蔽のため、核内部は外側の包層よりも顕著に冷たくなっていることが明らかになった。温度プロファイルは、自己整合的な放射平衡モデルによってよく再現されている。

ABSTRACT

Constraining the temperature and density structure of dense molecular cloud cores is fundamental for understanding the initial conditions of star formation. We use Herschel observations of the thermal FIR dust emission from nearby isolated molecular cloud cores and combine them with ground-based submillimeter continuum data to derive observational constraints on their temperature and density structure. The aim of this study is to verify the validity of a ray-tracing inversion technique developed to derive the dust temperature and density structure of isolated starless cores directly from the dust emission maps and to test if the resulting temperature and density profiles are consistent with physical models. Using this ray-tracing inversion technique, we derive the dust temperature and density structure of six isolated starless cloud cores. We employ self-consistent radiative transfer modeling to the derived density profiles, treating the ISRF as the only heating source. The best-fit values of local strength of the ISRF and the extinction by the outer envelope are derived by comparing the self-consistently calculated temperature profiles with those derived by the ray-tracing method. We find that all starless cores are significantly colder inside than outside, with the core temperatures showing a strong negative correlation with peak column density. This suggests that their thermal structure is dominated by external heating from the ISRF and shielding by dusty envelopes. The temperature profiles derived with the ray-tracing inversion method can be well-reproduced with self-consistent radiative transfer models.

研究の動機と目的

• 等温性を仮定せずに、熱的ダスト放射マップから孤立した星形成前核におけるダスト温度および密度構造を直接推定すること。
• 多波長FIR/サブミリ波長ダスト放射からの3次元熱的構造を再構築するためのレイトレーシング逆問題技術の妥当性を検証すること。
• 導出された温度および密度プロファイルが、ISRFを唯一の加熱源として仮定した自己整合的放射平衡モデルと整合的であるかどうかをテストすること。
• 標準的なダスト吸収率モデルを用いた場合、観測された核温度と整合するための標準的太陽系近傍ISRF強度が妥当かどうかを評価すること。
• 形状の複雑さや源の重ね合わせが、温度プロファイル再構築の信頼性に与える影響を調査すること。

提案手法

• ハーシェルおよび地上望遠鏡で得られた多波長（100–500 µm）ダスト放射マップから、3次元ダスト温度および密度構造を導出するためにレイトレーシング逆問題技術を用いた。
• ハーシェルのPACSおよびSPIREデータと地上のサブミリ波長観測を統合し、FIR窓域で高い動的範囲および空間分解能（6–36"）を達成した。
• 自己整合的1次元放射平衡モデルを用いて、レイトレーシング結果と比較した。この際、宇宙間放射場（ISRF）を唯一の加熱源として取り扱った。
• 局所的なISRF強度および外側包層の減光量を変化させ、逆問題で導出された温度プロファイルと一致する最良のモデルを見つけるためのフィッティングを実施した。
• 近隣の原始星からの影響が最小限の6つの孤立したボク・グローブ（CB 4, B 68, CB 27, CB 244, CB 17, CB 26）にこの手法を適用した。
• レイトレーシング結果と1次元放射平衡モデルの比較により、非球対称な幾何構造や源の重ね合わせによる制限を特定し、モデルの信頼性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多波長FIR/サブミリ波長ダスト放射から、孤立した星形成前核の3次元ダスト温度および密度構造を、レイトレーシング逆問題技術によって信頼性高く再構築できるか？
• RQ2 星形成前核の熱的構造は、外部からのISRF加熱とダストで覆われた包層による内部遮蔽によって支配的であるか？
• RQ3 標準的ISRF強度を仮定した自己整合的放射平衡モデルと、導出された温度プロファイルが整合的であるか？
• RQ4 形状の複雑さや源の重ね合わせが、温度プロファイル再構築の精度にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 現在のデータおよびモデルで、ダスト吸収率法則とISRF強度のデゲネラシーを解消できるか？

主な発見

• 6つの星形成前核すべてにおいて、核中心部の温度が外側の包層よりも顕著に低く、核中心温度は7.5 Kから11.9 K、外側包層温度は13.5 Kから19 Kの範囲に分布した。
• 核中心温度はピーク面密度と強い負の相関を示しており、高い面密度がより強い遮蔽をもたらし、核内部が冷たくなることを示している。
• レイトレーシング逆問題で得られた温度プロファイルは、6つの核のうち4つについて、自己整合的1次元放射平衡モデルでよく再現された。特に、対称的な形状を示すCB 4やB 68では良好な一致が得られた。
• CB 27（楕円形の形状）およびCB 244（重複する原始星を有する）では、1次元モデルの限界および投影効果のため、差異が生じた。複雑な形状の場合は3次元放射平衡が必要であると示唆された。
• CB 17とCB 26では、逆問題結果とモデル結果の間に大きな差異が認められ、これはCB 17では強い重ね合わせ、CB 26では複数のフィラメント状核の重ね合わせによるものであり、1次元仮定が成立しなかった。
• 標準的なOH5型ダスト吸収率モデルを用いた場合、標準的太陽系近傍ISRF強度は低すぎることが判明し、観測された核温度と一致させるためにはISRF強度の増大が必要であった。