[論文レビュー] Galactic Cold Cores. VIII. Filament formation and evolution: Filament properties in context with evolutionary models

A. Rivera-Ingraham, I. Ristorcelli+16 more|CLOK (University of Central Lancashire)|Feb 24, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 57被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、ハーシェルデータを用いて銀河の冷いコア内のフィラメントの性質を分析し、重力および環境的要因の下での進化をモデル化する。その結果、$A_V \gtrsim 3$ マグニチュードの密度の高い環境に位置する自己重力フィラメントのみが、約1 Myr以内に降着によって超臨界状態に達し、星形成を開始できることを示した。この際、幅の変化は最小限に抑えられ、動的雲崩壊モデルが静的平衡状態よりも支持される。

ABSTRACT

Filaments are key for star formation models. As part of the study carried out by the Herschel GCC Programme, here we study the filament properties presented in GCC.VII in context with theoretical models of filament formation and evolution. A conservative sample of filaments at a distance D<500pc was extracted with the Getfilaments algorithm. Their physical structure was quantified according to two main components: the central (Gaussian) region (core component), and the power-law like region dominating the filament column density profile at larger radii (wing component). The properties and behaviour of these components relative to the total linear mass density of the filament and its environmental column density were compared with theoretical models describing the evolution of filaments under gravity-dominated conditions. The feasibility of a transition to supercritical state by accretion is dependent on the combined effect of filament intrinsic properties and environmental conditions. Reasonably self-gravitating (high Mline-core) filaments in dense environments (av\sim3mag) can become supercritical in timescales of t\sim1Myr by accreting mass at constant or decreasing width. The trend of increasing Mline-tot (Mline-core and Mline-wing), and ridge Av with background also indicates that the precursors of star-forming filaments evolve coevally with their environment. The simultaneous increase of environment and filament Av explains the association between dense environments and high Mline-core values, and argues against filaments remaining in constant single-pressure equilibrium states. The simultaneous growth of filament and background in locations with efficient mass assembly, predicted in numerical models of collapsing clouds, presents a suitable scenario for the fulfillment of the combined filament mass-environment criterium that is in quantitative agreement with Herschel observations.

研究の動機と目的

• フィラメントが超臨界で星形成可能な構造へと進化する条件を理解すること。
• 周囲環境（例：$A_V$）およびフィラメント固有の性質（例：$M_{\text{line,core}}$）がフィラメント進化に与える影響を評価すること。
• 観測されたフィラメント性質が重力支配のフィラメント進化理論モデルと整合するかを検証すること。
• フィラメントが単一圧力平衡状態にとどまるのか、それとも環境と共同で進化するのかを特定すること。
• プレスターラルコアの寿命と同等の timescale で、準臨界から超臨界への遷移が降着によって可能かどうかを評価すること。

提案手法

• getfilamentsアルゴリズムを用いて、$D < 500$ pc の範囲内で保守的なフィラメントサンプルを抽出した。
• フィラメントの面密度プロファイルを、中心部のガウシアン（コア）成分と、外側のパワーロー（翼）成分に分解した。
• 環境背景面密度関数としての全線密度 ($M_{\text{line,tot}}$)、コア質量密度 ($M_{\text{line,core}}$)、リッジの$A_V$ を定量化した。
• 重力支配のフィラメント進化モデルからの理論的予測と、観測された$M_{\text{line,tot}}$、$M_{\text{line,core}}$、$A_V$ の傾向を比較した。
• 観測されたフィラメント進化が、静的平衡（例：圧力で閉じ込められた）モデルと動的崩壊モデルの両者とどれほど整合するかを評価した。
• さまざまな降着および環境条件下での準臨界から超臨界への遷移に要する時間スケールを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような条件下で、フィラメントが降着によって準臨界状態から超臨界状態に移行できるか？
• RQ2 フィラメントの物理的性質（例：$M_{\text{line,core}}$、$A_V$）は、周囲環境とどのように共進化するか？
• RQ3 高い$M_{\text{line,core}}$と密度の高い環境の間の観測された関連性は、静的平衡モデルと一致するのか、それとも動的進化モデルと一致するのか？
• RQ4 重力支配の条件下で、フィラメント質量の増加と超臨界化の予想される進化 timescale はどの程度か？
• RQ5 観測されたフィラメント幅（FWHM ~ 0.13 pc）は、フィラメント収縮または降着の理論的モデルの予測とどのように一致するか？

主な発見

• 高密度の環境（$A_V \approx 3$ マグニチュード）に位置し、$M_{\text{line,core}}$ が大きなフィラメントは、幅が一定または減少する条件下で、$t \sim 1$ Myr 以内に降着によって超臨界状態に達する。
• フィラメントの$M_{\text{line,tot}}$ と環境の$A_V$ が同時に増加する傾向は、共進化を示しており、静的単一圧力平衡状態を仮定するモデルとは矛盾する。
• 背景面密度とともに$M_{\text{line,core}}$ と$A_V$ が増加する観測傾向は、静的圧力閉じ込めモデルではなく、動的雲崩壊モデルを支持する。
• 準臨界から超臨界への遷移中、フィラメントの平均幅（$<\text{FWHM}> \sim 0.13$ pc）はほぼ一定を保ち、重力支配の進化シミュレーションと整合する。
• 低質量フィラメントは希薄な環境にあり、時間経過とともにFWHMが増加するが、密度の高い領域に位置する自己重力フィラメントは、降着中に幅を維持またはわずかに減少させる。
• 観測されたフィラメント性質は、収束する流入と質量集積を経験する崩壊する雲の数値モデルの予測と定量的に整合する。