[論文レビュー] Gaia: Orion's Integral Shaped Filament is a Standing Wave

Amelia M. Stutz, Valentina I. Gonzalez-Lobos+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、オリオンの積分形状フィラメント（ISF）が重力磁気的振動によって駆動される定常波であると提唱し、ガウサのパララックスを用いて、クラスII星の距離がガスの径方向速度と $v = -D/\tau + K$ の関係で相関することを示し、$ au = 4\,\text{Myr}$ であることを確認することで「スリングショット」モデルを支持する。さらに、南下する短時間スケールのねじり波（$ au_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$）が同定され、これが星団形成およびフィラメントの端面切断に寄与している可能性がある。

ABSTRACT

The Integral Shaped Filament (ISF) is the nearest molecular cloud with rapid star formation, including massive stars, and it is therefore a star-formation laboratory. We use Gaia parallaxes, to show that the distances to young Class II stars ('disks') projected along the spine of this filament are related to the gas radial velocity by $$ v = -{D\overτ} + K;\qquad τ= 4\,{ m Myr}, $$ where $K$ is a constant. This implies that the ISF is a standing wave, which is consistent with the Stutz & Gould (2016) 'Slingshot' prediction. The $τ=4\,{ m Myr}$ timescale is consistent with the 'Slingshot' picture that the Orion Nebula Cluster (ONC) is the third cluster to be violently split off from the Orion A cloud (following NGC 1981 and NGC 1987) at few-Myr intervals due to gravito-magnetic oscillations. We also present preliminary evidence that the truncation of the ISF is now taking place $16^\prime$ south of the ONC and is mediated by a torsional wave that is propagating south with a characteristic timescale $τ_{ m torsion} = 0.5\,{ m Myr}$, i.e. eight times shorter. The relation between these two wave phenomena is not presently understood.

研究の動機と目的

• 星団形成の『スリングショット』モデルを検証すること。このモデルは、フィラメント状の雲における重力波の振動によって、連続的に星団が形成されることを予測する。
• ISFに沿った若いクラスII星の空間的および運動的分布が、定常波構造を支持するかを特定すること。
• ISFの南端で観測された短時間スケールのねじり波の起源と性質を調査すること。この波は、星団形成およびフィラメントの端面切断に関連している可能性がある。
• 星団の排出とフィラメントのダイナミクスの文脈において、大規模な定常波（4 Myrスケール）と短時間スケールのねじり波（0.5 Myrスケール）の関係を解明すること。

提案手法

• ISFのスフィンクスに沿って投影されたクラスII星（プロプライド）の正確な距離を測定するために、ガウサのパララックスを用いた。
• 径方向速度と距離の相関を調べるため、関係式 $v = -D/\tau + K$ を適用した。ここで $D$ は視線方向の距離、$\tau$ は波の特徴的時定数である。
• スタッツとカイヌライゼン（2015）の3次元チリ密度マップを用いてフィラメントを非投影化し、重力ポテンシャルおよび波動ダイナミクスをモデル化した。
• ${\rm N_2H^+}$ および 13CO線放出の位置-速度（PV）図を分析し、波動パターンを特定し、振動の振幅と波長を測定した。
• 波の伝播時定数に傾きの影響を補正するため、投影補正係数 $\cot\psi \approx \cot(20^\circ)$ を推定した。
• 観測された波動特徴を、スツッツとゴールド（2016）の『スリングショット』モデルの予測と比較した。特に、波動によって引き起こされる星団の排出の概念を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ISFに沿ったクラスII星の観測分布は、重力磁気的振動によって駆動される定常波構造を支持するか？
• RQ2 ISFで観測された大規模波の特徴的動的時定数 $\tau$ は何か？また、『スリングショット』モデルが予測する4 Myrスケールと一致するか？
• RQ3 ONCから $16^\prime$ 南にあるISFの急激な端面切断は、短時間スケールのねじり波に関連しているか？その伝播時定数は何か？
• RQ4 星団形成の文脈において、大規模な定常波（$\tau = 4\,\text{Myr}$）と短時間スケールのねじり波（$\tau_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$）の関係は何か？
• RQ5 ねじり波が、波の終端付近で最近（約500年前）に発生したBNKLの爆発を引き起こした可能性はあるか？

主な発見

• ISFに沿ったクラスII星の径方向速度は、距離 $D$ と関係式 $v = -D/\tau + K$ で相関し、$ au = 4\,\text{Myr}$ である。これは大規模な定常波の存在を確認するものである。
• 定常波は、$3^\prime$ の区間ごとに一定の速度振幅 $\Delta v \approx 2\,\text{km\,s}^{-1}$ を示しており、一貫した振動を示している。
• 波はONCから $16^\prime$ 南で急激に終端し、その地点で速度振幅が $\Delta v \approx 10\,\text{km\,s}^{-1}$ に増加し、フィラメントが不安定になる。
• 短時間スケールのねじり波が同定され、$ au_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$ である。この波はオリオンAの北端から南下している。
• ねじり波の終端は、ISFの端面切断の位置と一致しており、BNKL爆発の発生地点（約500年前）に近接している。
• 大規模な定常波と短時間スケールのねじり波は、両方とも同じ場所で終端しており、物理的な関連性があると考えられるが、その正確なメカニズムはまだ不明である。