[論文レビュー] Exploring GLIMPSE Bubble N107: Multiwavelength Observations and Simulations

V.P. Sidorin, Kevin A. Douglas+3 more|ASEP|Feb 23, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、多波長観測および流体ダイナミクスシミュレーションを用いてGLIMPSE Bubble N107の物理的性質と起源を調査した。その結果、バブルはおそらく2.25 Myr未塔であると判明し、分子質量は1.3×10⁵ M☉であり、非熱的電波源が存在するが、これはバブルとは物理的に関連しない超新星残骸を示唆しており、このような若年齢では超新星残骸が存在してはならないという仮定に反する。

ABSTRACT

Context. Bubble N107 was discovered in the infrared emission of dust in the Galactic Plane observed by the Spitzer Space Telescope (GLIMPSE survey: l ~ 51.0 deg, b ~ 0.1 deg). The bubble represents an example of shell-like structures found all over the Milky Way Galaxy. Aims. We aim to analyse the atomic and molecular components of N107, as well as its radio continuum emission. With the help of numerical simulations, we aim to estimate the bubble age and other parameters which cannot be derived directly from observations. Methods. From the observations of the HI (I-GALFA) and 13CO (GRS) lines we derive the bubble's kinematical distance and masses of the atomic and molecular components. With the algorithm DENDROFIND, we decompose molecular material into individual clumps. From the continuum observations at 1420 MHz (VGPS) and 327 MHz (WSRT), we derive the radio flux density and the spectral index. With the numerical code ring, we simulate the evolution of stellar-blown bubbles similar to N107. Results. The total HI mass associated with N107 is 5.4E3 Msun. The total mass of the molecular component (a mixture of cold gasses of H2, CO, He and heavier elements) is 1.3E5 Msun, from which 4.0E4 Msun is found along the bubble border. We identified 49 molecular clumps distributed along the bubble border, with the slope of the clump mass function of -1.1. The spectral index of -0.30 of a strong radio source located apparently within the bubble indicates nonthermal emission, hence part of the flux likely originates in a supernova remnant, not yet catalogued. The numerical simulations suggest N107 is likely less than 2.25 Myr old. Since first supernovae explode only after 3 Myr or later, no supernova remnant should be present within the bubble. It may be explained if there is a supernova remnant in the direction towards the bubble, however not associated with it.

研究の動機と目的

• 放射線線および連続体データを用いて、H iおよび分子成分の運動距離、質量、膨張特性を特定する。
• DENDROFINDアルゴリズムを用いて、バブルの縁に沿った分子クラウドを同定・特徴化する。
• 327 MHzおよび1420 MHzでの電波連続体放射を分析し、スペクトル指数を導出し、非熱的放射の起源を評価する。
• リングコードを用いた星風駆動バブルの進化をシミュレートし、バブルの年齢、エネルギー入射率、前身雲の幾何学的形状を推定する。
• 2.25 Myr未塔という若年齢であるにもかかわらず非熱的電波源が存在することと、その間に生じる明らかな矛盾（超新星残骸がその中で形成され得ない）を解消する。

提案手法

• H i（I-GALFA）およびCO（GRS）線データを用いて、径方向速度と銀河回転モデルを用いてN107の運動距離を導出する。
• 分子成分を49のクラウドに分解するためにDENDROFINDアルゴリズムを適用し、クラウド質量関数の分析を可能にする。
• WSRTおよびVGPS調査からの327 MHzおよび1420 MHzでの電波フレックス密度を測定し、スペクトル指数を計算する。
• スペクトル指数-0.30は非熱的放射を示しており、超新星残骸の寄与が可能性として示唆される。
• エネルギー入射率を変化させた扁平および楕円形の分子雲における、リングコードを用いた流体ダイナミクスシミュレーションを実施する。
• 観測された角サイズ、膨張速度、質量分布に一致するようにシミュレーションを調整し、年齢およびエネルギー入射率の推定値を得る。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H iおよびCO線データに基づいて、GLIMPSE Bubble N107の運動距離と物理的サイズは何か？
• RQ2 原子および分子成分の合計質量、特にバブルの縁に沿った部分の合計質量は何か？
• RQ3 バブル内に検出された非熱的電波放射の性質は何か？また、これは超新星残骸と関連しているか？
• RQ4 流体ダイナミクスシミュレーションは、N107の観測された形態および運動学を再現できるか？そして、それらはその年齢およびエネルギー入射率に何を示唆するか？
• RQ5 超新星は通常3 Myr以上経過後に爆発するため、2.25 Myr未塔のバブルに非熱的電波源が存在するのはなぜか？

主な発見

• N107の運動距離は3.6 kpcであり、平均半径は11.9 pc、角厚さは2′26″である。
• バブルに関連するH iの合計質量は5.4×10³ M☉であり、分子の合計質量は1.3×10⁵ M☉であり、そのうち4.0×10⁴ M☉が縁に集中している。
• DENDROFINDアルゴリズムにより、バブル縁に49の分子クラウドが同定され、クラウド質量関数の勾配は-1.1であった。
• 電波スペクトル指数-0.30は非熱的放射を示しており、超新星残骸が存在する可能性を示唆しているが、物理的にはバブルとは関連しない。
• 数値的シミュレーションにより、2つの妥当なシナリオが得られた：1つはエネルギー入射率<0.4×10⁵⁰ erg/Myr、年齢1.75–2.25 Myrの扁平雲、もう1つは2.7×10⁵⁰ erg/Myr、年齢1 Myrの楕円形雲。
• バブルの推定年齢が2.25 Myr未塔であるのに対し、超新星残骸が存在することは矛盾を生じさせ、これは超新星残骸が視線上での一致ではあるが、物理的にはバブルとは関連しないことを示唆する。