[論文レビュー] Galactic Cold Cores VII: Filament Formation and Evolution - Methods & Observational Constraints

A. Rivera-Ingraham, I. Ristorcelli+16 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 45被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、116個のハーシェル銀河寒冷コア領域（D < 500 pc）を対象に、getfilamentsアルゴリズムを用いてフィラメントを抽出・特徴付け、Plummerに類似したプロファイルフィッティングによりフィラメントの性質を分析した。その結果、フィラメントの質量成分（コアとウィング）は局所環境に強く依存しており、背景の面密度が高いほどコアおよびウィングの質量密度が上昇することが判明し、これは蓄積に基づく進化モデルを支持する。また、Mline,core ≥ 8.5 M⊙pc⁻¹（∼Mcrit/2）であるフィラメントは超臨界であり、星形成が進行している可能性が示された。

ABSTRACT

The association of filaments with protostellar objects has made these structures a priority target in star formation studies. The datasets of the Herschel Galactic Cold Cores Key Programme allow for a statistical study of filaments with a wide range of intrinsic and environmental characteristics. Characterisation of this sample can be used to identify key physical parameters and quantify the role of environment in the formation of supercritical filaments. Filaments were extracted from fields at D<500pc with the getfilaments algorithm and characterised according to their column density profiles and intrinsic properties. Each profile was fitted with a beam-convolved Plummer-like function and quantified based on the relative contributions from the filament 'core', represented by a Gaussian, and 'wing' component, dominated by the power-law of the Plummer-like function. These parameters were examined for populations associated with different background levels. We find that filaments increase their core (Mcore) and wing (Mwing) contributions while increasing their total linear mass density (Mtot). Both components appear to be linked to the local environment, with filaments in higher backgrounds having systematically more massive Mcore and Mwing. This dependence on the environment supports an accretion-based model for filament evolution in the local neighbourhood (D<500pc). Structures located in the highest backgrounds develop the highest central Av, Mcore, and Mwing as Mtot increases with time, favoured by the local availability of material and the enhanced gravitational potential. Our results indicate that filaments acquiring a significantly massive central region with Mcore>Mcrit/2 may become supercritical and form stars. This translates into a need for filaments to become at least moderately self-gravitating in order to undergo localised star formation or become star-forming filaments.

研究の動機と目的

• ハーシェル銀河寒冷コアキープログラムにおける多様な環境におけるフィラメント特性を統計的に特徴付けること。
• 局所的な背景面密度がフィラメント構造および質量分布に与える影響を定量化すること。
• 特に超臨界フィラメントに関して、フィラメント形成および進化の観測的制約を同定すること。
• フィラメントの進化が、密集した環境における蓄積および重力ポテンシャルによって駆動されているかどうかを検証すること。

提案手法

• 500 pc以内のフィールドにおけるハーシェルSPIREおよびPACSマップ（250–500 µm）から、getfilamentsアルゴリズムを用いてフィラメントを抽出した。
• ビーム畳み込みを施したPlummerに類似した関数を用いて面密度プロファイルをフィッティングし、コア（ガウシアンに類似）およびウィング（べき乗則）成分を分離した。
• 全線密度質量（Mline,tot）に対するコアおよびウィングの相対的寄与を定量化し、構造的および力学的性質を評価した。
• フィラメントの形状および質量分布を、局所的な背景面密度および距離の関数として分析した。
• Mline,coreに基づいて3つのフィラメント領域を定義した：亜臨界（≤4.2 M⊙pc⁻¹）、遷移的（4.2–8.4 M⊙pc⁻¹）、超臨界（>8.4 M⊙pc⁻¹）。
• 臨界線密度質量（Mcrit ≈ 16.5 M⊙pc⁻¹、T ≈ 10 K）を、超臨界性の基準として用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的な背景面密度は、フィラメントコアおよびウィングの質量分布にどのように影響するか？
• RQ2 フィラメントの線密度質量とその構造的成分（コアおよびウィング）の関係は何か？
• RQ3 密集した環境における蓄積および重力ポテンシャルが、フィラメント進化にどの程度寄与しているか？
• RQ4 コア質量密度（Mline,core）のどの閾値が超臨界性および星形成の可能性を示すか？
• RQ5 フィラメントの幅および形状は、距離およびプレスターラルコアとの関連性に応じてどのように変化するか？

主な発見

• フィラメントコア質量密度（Mline,core）およびウィング質量密度（Mline,wing）は、全線密度質量（Mline,tot）に伴い増加し、強い構造的相関があることを示している。
• 背景環境がより高いフィラメントでは、系統的にMline,core、Mline,wing、Mline,totが高くなることが確認され、環境駆動型の蓄積を支持する。
• 最も質量の大きなウィング成分は、最も質量の大きなコアおよび最も密度の高い環境と強く関連しており、重力的蓄積が主要因である可能性が示唆された。
• Mline,core ≥ 8.5 M⊙pc⁻¹（Mcritのおおよその半分）であるフィラメントは超臨界であり、星形成が進行している可能性が非常に高い。
• 近傍領域（D ≤ 300 pc）におけるコアスケールのフィラメントは、特徴的な平均幅約0.13 pcを示し、以前の研究と整合的である。
• 3つの明確なフィラメント領域が同定された：コア主導の亜臨界（≤4.2 M⊙pc⁻¹）、遷移的（4.2–8.4 M⊙pc⁻¹）、超臨界専用（>8.4 M⊙pc⁻¹）、それぞれが段階的に高い背景面密度を示した。