[論文レビュー] Ionization compression impact on dense gas distribution and star formation, Probability density functions around H ii regions as seen by Herschel

Pascal Tremblin, N. Schneider+23 more|NPARC|Jan 28, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 92被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、H ii領域（M16、ロゼット、RCW120、ベラC）のヘーシェル遠赤外線面密度マップを用いて、電離駆動圧縮が高密度ガスの確率密度関数（PDF）を形作ることを示した。この圧縮により、二峰性または広がった対数正規分布が生じる。第二のピークは電離フロントにおける圧縮ガスに起因し、高面密度領域に見られるべきべき線形尾は重力収縮を示している。これらのPDF特徴は、誘発的形成と既存の星形成を区別する手がかりを提供する。

ABSTRACT

Ionization feedback should impact the probability distribution function (PDF) of the column density around the ionized gas. We aim to quantify this effect and discuss its potential link to the Core and Initial Mass Function (CMF/IMF). We used in a systematic way Herschel column density maps of several regions observed within the HOBYS key program: M16, the Rosette and Vela C molecular cloud, and the RCW 120 H ii region. We fitted the column density PDFs of all clouds with two lognormal distributions, since they present a double-peak or enlarged shape in the PDF. Our interpretation is that the lowest part of the column density distribution describes the turbulent molecular gas while the second peak corresponds to a compression zone induced by the expansion of the ionized gas into the turbulent molecular cloud. The condensations at the edge of the ionized gas have a steep compressed radial profile, sometimes recognizable in the flattening of the power-law tail. This could lead to an unambiguous criterion able to disentangle triggered from pre-existing star formation. In the context of the gravo-turbulent scenario for the origin of the CMF/IMF, the double peaked/enlarged shape of the PDF may impact the formation of objects at both the low-mass and the high-mass end of the CMF/IMF. In particular a broader PDF is required by the gravo-turbulent scenario to fit properly the IMF with a reasonable initial Mach number for the molecular cloud. Since other physical processes (e.g. the equation of state and the variations among the core properties) have already been suggested to broaden the PDF, the relative importance of the different effects remains an open question.

研究の動機と目的

• H ii領域からの電離フィードバックが高密度分子ガスをどのように圧縮し、その面密度分布にどのような影響を与えるかを定量化すること。
• 面密度PDFの形状に及ぼす電離圧力と乱流の動圧の相対的寄与を調査すること。
• 観測されたPDFの形状が、誘発的形成と既存の星形成を区別する診断指標として機能できるかどうかを特定すること。
• 重力・乱流の下での初期質量関数（IMF）の形成に、電離圧縮が果たす役割を評価すること。
• 明確に誘発的核収縮を同定できる観測的基準（径方向密度プロファイルおよびべき乗法的尾に基づくもの）を同定すること。

提案手法

• HOBYSキープログラムからM16、ロゼット、RCW120、ベラC分子雲のヘーシェル面密度マップを取得した。
• 主な電離源を中心とする同心円ディスク領域における面密度のPDFを、空間分解能のあるマップを用いて計算した。
• PDFに、乱流ガスと圧縮ガスの二つの対数正規分布と、高面密度領域におけるべき乗法則を組み合わせてフィットした。
• 外部圧縮の痕跡を特定するために、圧縮パラメータ（p1/p0）と径方向密度プロファイルの進化を分析した。
• 高面密度ピクセルと電離フロントの空間的相関を用いて、潜在的なコア収縮地点を同定した。
• 自由落下（r⁻²）とそれより急な勾配（強制的収縮）を特徴とする径方向プロファイル基準を提案し、誘発的形成と既存形成を明確に区別できるようにした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H ii領域からの電離圧縮は、どのように分子雲内の面密度PDFの形状を変化させるか？
• RQ2 PDFの二峰性構造に寄与する電離圧力と乱流の動圧の相対的寄与はどの程度か？
• RQ3 PDFに見られるべきべき線形尾は重力収縮と関連しているとみなせるか？また、その勾配はコア形成とどのように関係するか？
• RQ4 H ii領域周辺の高密度凝縮の径方向密度プロファイルは、誘発的形成と既存の星形成を区別できるか？
• RQ5 電離駆動圧縮がPDFを広げる寄与は、重力・乱流の下での初期質量関数（IMF）の実現的形成にどの程度寄与するか？

主な発見

• H ii領域環境における面密度PDFは、一貫して二峰性または広がった対数正規分布の形状を示しており、これは乱流ガスと電離フロントにおける圧縮ガスという二つの異なるガス成分を示している。
• PDFの第二ピークは電離圧力によって圧縮されたガスに対応し、圧縮パラメータp1/p0は、内側領域で0.58から外側ディスクで0.09へと減少しており、電離源に近いほど圧縮が強いことが示された。
• すべての領域に高面密度領域に見られるべきべき線形尾が存在し、これは重力収縮に起因するとされ、空間的PDFマップに明確な単一コア収縮候補が確認された。
• 電離ガスの縁に位置する高密度凝縮は、しばしばr⁻²より急な勾配の径方向密度プロファイルを示しており、これは自由落下ではなく強制的収縮を示唆し、誘発的形成メカニズムを支持する。
• 電離圧縮によるPDFの広がりは、重力・乱流の下での初期質量関数（IMF）の実現的形成を説明する手がかりを提供する可能性があり、状態方程式やコア特性の変動といった他の要因と組み合わせることで、特に有効である。
• 自由落下（r⁻²）とそれより急な勾配（強制的収縮）を特徴とする径方向プロファイル基準は、誘発的星形成を明確に同定できる強力な観測的ツールであり、電離フィードバックに限らず、広く応用可能であると提言された。