[論文レビュー] Formation and evolution of interstellar filaments; Hints from velocity dispersion measurements

D. Arzoumanian, P. André+2 more|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|Mar 12, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 65被引用数 65

ひとこと要約

本稿では、熱的に超臨界な銀河間フィラメントが重力収縮と周囲ガスの降着を経て、質量密度に比例して速度分散を増加させることで、一定の内部幅（約0.1 pc）を維持すると提案している。13 CO、C18O、N2H+線の観測から、超臨界フィラメントの速度分散はσ_tot ∝ Σ₀⁰.⁵とスケーリングしており、これは乱流ではなく重力エネルギーの変換によって駆動されている。この結果は、降着が収縮中およびコア形成時にバーリアバランスを維持するというシナリオを支持する。

ABSTRACT

We investigate the gas velocity dispersions of a sample of filaments recently detected as part of the Herschel Gould Belt Survey in the IC5146, Aquila, and Polaris interstellar clouds. To measure these velocity dispersions, we use 13CO, C18O, and N2H+ line observations obtained with the IRAM 30m telescope. Correlating our velocity dispersion measurements with the filament column densities derived from Herschel data, we show that interstellar filaments can be divided into two regimes: thermally subcritical filaments, which have transonic velocity dispersions (c_s ~< σ_tot < 2 c_s) independent of column density, and are gravitationally unbound; and thermally supercritical filaments, which have higher velocity dispersions scaling roughly as the square root of column density (σ_tot ~ Σ^0.5), and are self-gravitating. The higher velocity dispersions of supercritical filaments may not directly arise from supersonic interstellar turbulence but may be driven by gravitational contraction/accretion. Based on our observational results, we propose an evolutionary scenario whereby supercritical filaments undergo gravitational contraction and increase in mass per unit length through accretion of background material while remaining in rough virial balance. We further suggest that this accretion process allows supercritical filaments to keep their approximately constant inner widths (~ 0.1 pc) while contracting.

研究の動機と目的

• 分子雲内の銀河間フィラメントの力学的進化を理解すること。
• フィラメント内の速度分散が乱流由来か、重力的収縮由来かを特定すること。
• 超臨界フィラメントが降着を伴いながらバーリアバランスを維持するという仮説を検証すること。
• フィラメント単位長さあたりの質量と速度分散を、星形成の始動と関連付けること。
• 重力エネルギーがフィラメント内の非熱的運動を維持する役割を評価すること。

提案手法

• IRAM 30m望遠鏡を用いて13 CO、C18O、N2H+線の放射を測定し、ガスの速度分散を算出する。
• Herschelから得られた表面密度と相関させることで、フィラメントを熱的に亜臨界または超臨界に分類する。
• 重力的安定性と収縮を評価するため、有効ジェイン直径D_J,eff = 2σ_tot² / (GΣ₀) を用いる。
• 亜臨界および超臨界フィラメントサブサンプルに対して、速度分散と表面密度の間のべき乗則関係をフィットする。
• 観測された速度分散のスケーリングが、重力的収縮および降着モデルの理論的予測と一致するかを比較する。
• 降着によって駆動される乱流およびフィラメント崩壊の数値シミュレーションとの整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河間フィラメント内の速度分散は表面密度に比例するか？その割合はいかなるか？
• RQ2 超臨界フィラメントにおける非熱的運動の起源は乱流か、重力的収縮か？
• RQ3 降着と収縮を伴う超臨界フィラメントは、一定の内部幅（約0.1 pc）を維持できるか？
• RQ4 進化するフィラメント内で重力エネルギーが運動エネルギーに変換されている証拠はあるか？
• RQ5 降着プロセスはフィラメントのバーリアバランスおよび分割可能性にどのように影響するか？

主な発見

• 熱的に亜臨界なフィラメントは、表面密度に依存しない準音速の速度分散（σ_tot ≈ 1.5 cs）を示しており、重力的に束縛されていないことを示している。
• 熱的に超臨界なフィラメントは、σ_tot ∝ Σ₀⁰.⁵とスケーリングしており、単位長さあたりの質量増加に伴う動的反応を示している。
• 有効ジェイン直径D_J,effは超臨界フィラメントにおいて約0.14 ± 0.07 pcでほぼ一定であり、収縮中に持続的なバーリアバランスが維持されていることを支持する。
• 観測された速度分散のスケーリングは、純粋に乱流由来とは一致せず、むしろ降着によって駆動される収縮に伴う重力エネルギーの変換を示唆している。
• 超臨界フィラメントは、周囲物質の降着と同時に収縮することで、一定の幅を維持し、安定した内部構造を保っている可能性がある。
• 結果は、降着によって駆動される乱流と重力エネルギーの変換が、非熱的運動を維持し、コア形成および星形成を可能にするというシナリオを支持している。