[論文レビュー] Fragmentation of high line-mass filaments as revealed by ALMA: the integral shaped filament in Orion A

J. Kainulainen, Amelia M. Stutz+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

ALMA 3 mm連続スペクトル観測（解像度約3''）を用いて、オリオンAの高線密度積分形状フィラメント（ISF）が2モードの破壊を示すことが明らかになった。これは、約30,000 AU間隔で配置された密集したコア群と、約6,000 AU間隔のより密なサブグループからなる周期的構造である。コアは17,000 AU未満のスケールで強く集積しており、原始星も同様の集積構造を継承している。これは、コアの集積が初期進化段階でも維持されるが、動的排出機構によって破壊されることを示唆している。

ABSTRACT

We study the fragmentation of the most nearby high line-mass filament, the integral shaped filament (ISF) in the Orion A molecular cloud. We have observed a 1.6 pc long section of the ISF with the Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) at 3 mm continuum emission, at a resolution of $\sim$3 (1$\,$200 AU). We identify from the region 40 dense cores with masses on the order of a solar mass. The nearest neighbour separation distribution of the cores does not show a preferred fragmentation scale; the frequency of short separations increases down to our resolution limit. We apply a two-point correlation analysis on the dense core separations and show that the cores are significantly grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU and strongly grouped below $\sim$6$\,$000 AU. In addition, the two-point correlation function indicates periodic grouping of the cores into groups of $\sim$30$\,$000 AU in size, separated by $\sim$55$\,$000 AU. The groups coincide with dust column density peaks detected by Herschel. These results suggest a two-mode fragmentation in which the maternal filament periodically fragments into groups of dense cores. The strong increase of separations below 6$\,$000 AU may be related to the regime of significant core-to-core interactions. We also find that the protostars in the northern ISF are grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU. The stars with disks do not show significant grouping in the ALMA-covered region. This suggests that the grouping of dense cores is partially retained over the protostar lifetime, but not over the lifetime of stars with disks. This is in agreement with protostars being ejected from the maternal filament by the slingshot mechanism, a model recently proposed for the ISF by Stutz & Gould. The separation distributions of the dense cores and protostars may also provide an evolutionary tracer of filament fragmentation.

研究の動機と目的

• オリオンAの高線密度積分形状フィラメント（ISF）の破壊パターンを調査し、高質量星形成の主要な対象としての意義を明らかにすること。
• ISFにおける破壊が特定のスケールに従うか、あるいは階層的でスケール依存のクラスタリングを示すかを特定すること。
• 密集コア、チリ密度ピーク、原始星の空間的相関を検討し、進化ダイナミクスを推察すること。
• コアの集積が原始星の進化段階でも保持されるか、あるいは動的プロセスによって破壊されるかを評価すること。

提案手法

• ALMA 3 mm連続スペクトル観測を、ISFの1.6 pcの区間で実施し、解像度は約3''（1,200 AU）とした。この観測により、密集コアを検出した。
• 連続スペクトルの発光から、質量が約1太陽質量のコアが合計40個同定された。
• 2点相関解析をコア間隔に適用し、異なるスケールでの空間的クラスタリングを定量的に評価した。
• 相関関数を用いて周期的グループ化パターンを検出し、ピーク位置から特徴的なスケールを導出した。
• ヘーシェルのチリ密度マップとコア位置を照合し、密度ピークとの整合性を評価した。
• 密集コアと原始星の間隔分布を比較し、クラスタリングの進化変化を追跡した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISFの破壊は特定のスケールに従うか、それとも階層的かつスケール依存的か？
• RQ2 ISFの密集コアは空間的にグループ化されているか？ もしそうなら、特徴的な間隔は何か？
• RQ3 コア分布に周期的グループ化の証拠があるか？ また、これらのグループはチリ密度ピークと一致するか？
• RQ4 原始星の空間的クラスタリングは、密集コアのそれとどのように異なるか？ これはコア進化に何を示唆するか？
• RQ5 コアおよび原始星の間隔分布は、フィラメントの破壊および動的進化のトレーサーとして機能するか？

主な発見

• 密集コアの最近接距離分布には、特定の破壊スケールは認められず、解像度限界（約3''、1,200 AU）まで短距離間隔の頻度が増加している。
• 2点相関解析により、17,000 AU未満のスケールでコアの集積が顕著に確認され、6,000 AU未満では強い集積が観測された。
• 相関関数の解析から、約30,000 AUのサイズを持つコアクラスタが、約55,000 AU間隔で周期的に配置されていることが判明し、2モード破壊プロセスに一致する。
• これらの周期的グループは、ヘーシェルで検出されたチリ密度ピークと空間的に一致しており、破壊と局所的密度増強の間に相関があることを示している。
• 北側ISFの原始星は17,000 AU未満の間隔でグループ化されており、コアの集積が原始星段階でも部分的に保持されていることを示唆している。
• ディスクを持つ星は、ALMAがカバーする領域では顕著な空間的集積を示さないため、初期のコア集積が失われており、おそらく動的排出によって引き起こされたものと考えられる。