[論文レビュー] High-mass star formation triggered by collision between CO filaments in N159 West in the Large Magellanic Cloud

Y. Fukui, Ryohei Harada+21 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ALMAによる13CO(2–1)観測を用いて、LMCのN159 Westで、初の銀河外プロト恒星分子流の検出を報告する。研究では、約10⁵年前に二つのCOフィラメントの交差部で衝突誘発乱流が発生し、高質量星（37 M☉）が形成されたと提案している。この過程では、星間物質の反発を克服するための衝撃誘発乱流によって駆動される、強化された質量降着率（約6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹）が発生したとされる。

ABSTRACT

We have carried out 13CO(J=2-1) observations of the active star-forming region N159 West in the LMC with ALMA. We have found that the CO distribution at a sub-pc scale is highly elongated with a small width. These elongated clouds called "filaments" show straight or curved distributions with a typical width of 0.5-1.0pc and a length of 5-10pc. All the known infrared YSOs are located toward the filaments. We have found broad CO wings of two molecular outflows toward young high-mass stars in N159W-N and N159W-S, whose dynamical timescale is ~10^4 yrs. This is the first discovery of protostellar outflow in external galaxies. For N159W-S which is located toward an intersection of two filaments we set up a hypothesis that the two filaments collided with each other ~10^5 yrs ago and triggered formation of the high-mass star having ~37 Mo. The colliding clouds show significant enhancement in linewidth in the intersection, suggesting excitation of turbulence in the shocked interface layer between them as is consistent with the magneto-hydro-dynamical numerical simulations (Inoue & Fukui 2013). This turbulence increases the mass accretion rate to ~6x10^-4 Mo yr^-1, which is required to overcome the stellar feedback to form the high-mass star.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲のN159 West領域における高質量星形成の物理的メカニズムを調査すること。
• 外部銀河におけるCOフィラメント同士の衝突が、高質量星形成を引き起こす可能性があるかどうかを特定すること。
• 強い星間物質反発に対処するための、乱流および質量降着率の役割を評価すること。
• 高質量星形成において、重力的ではなく衝突駆動型のコア形成メカニズムを観測的根拠とともに提示すること。

提案手法

• ALMAを用いて、N159 Westの13CO(J=2–1)観測を実施し、サブパーセクスケールでの分子ガス構造および運動をマッピングした。
• 幅0.5–1.0 pc、長さ5–10 pcの延長したフィラメント構造を特定し、既知の赤外線YSOと整合する配置を示した。
• 線幅プロファイルの解析により、分子流を示す広がったCOウェッジを検出。動的時​​間は約10⁴年であった。
• N159W-Sにおける二つのフィラメントの衝突シナリオをモデル化し、雲の速度分散と分離距離から衝突時定数（約6×10⁴年）を推定した。
• 星の質量（37 M☉）と推定された形成時定数（約10⁵年）から、質量降着率（約6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹）を計算。理論的閾値と整合的であった。
• ALMAの連続スペクトルおよびCS(2–1)データを用いて、ダストおよび高密度ガスの線密度に対する上限を設定。事前に存在する高密度コアの欠如を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部銀河におけるフィラメント衝突が高質量星形成を引き起こすことができると考えられるか。その根拠は何か？
• RQ2 雲同士の衝突によって生じる乱流が、高質量星形成期における質量降着率の増加に果たす役割は何か？
• RQ3 N159W-Sに観測された高質量星は、事前に存在する高密度コアの重力的崩壊によって形成されたのか、それとも衝突駆動型の質量集中によって形成されたのか？
• RQ4 観測された分子流の動的時定数および質量降着率は、理論的要件とどのように一致するか？

主な発見

• N159W-NおよびN159W-Sの若い高質量星に向けて、初の銀河外プロト恒星分子流が検出された。動的時定数は約10⁴年であった。
• N159W-Sの高質量星は、二つのCOフィラメントの交差部に位置しており、約10⁵年前に衝突によって生成されたと示唆される。
• 衝突地点では幅が拡大しており、MHDシミュレーション（Inoue & Fukui, 2013）と整合する衝撃励起乱流が存在することが示された。
• 推定された質量降着率（約6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹）は、星間物質反発を克服し、37 M☉の星を形成するのに十分であった。
• 交差部以外のフィラメントでは、高密度クラスターや顕著なダスト放射が検出されず、事前に存在する巨大コアの欠如が示された。
• 結果は、衝突誘発乱流が、初期の自己重力がなくても、衝撃圧縮コアへの質量集中を効率的に行う可能性を支持する。