[論文レビュー] Kinematic structure of massive star-forming regions - I. Accretion along filaments

J. Tackenberg, H. Beuther+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jan 31, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 81被引用数 27

ひとこと要約

本研究は、N₂H⁺線データとHerschel PACSおよびSPIREの遠赤外線観測を組み合わせることで、質量の大きな星形成領域の運動的構造を調査している。3つのフィラメントが、フィラメントに沿った降着流と整合する速度勾配を示しており、密度の高いクラスターへの質量流入が進行中であることを示している。一方、ライン幅は、アウトフローと解像度の低い速度勾配によって支配されている。

ABSTRACT

The mid- and far-infrared view on high-mass star formation, in particular with the results from the Herschel space observatory, has shed light on many aspects of massive star formation. However, these continuum studies lack kinematic information. We study the kinematics of the molecular gas in high-mass star-forming regions. We complemented the PACS and SPIRE far-infrared data of 16 high-mass star-forming regions from the Herschel key project EPoS with N2H+ molecular line data from the MOPRA and Nobeyama 45m telescope. Using the full N2H+ hyperfine structure, we produced column density, velocity, and linewidth maps. These were correlated with PACS 70micron images and PACS point sources. In addition, we searched for velocity gradients. For several regions, the data suggest that the linewidth on the scale of clumps is dominated by outflows or unresolved velocity gradients. IRDC18454 and G11.11 show two velocity components along several lines of sight. We find that all regions with a diameter larger than 1pc show either velocity gradients or fragment into independent structures with distinct velocities. The velocity profiles of three regions with a smooth gradient are consistent with gas flows along the filament, suggesting accretion flows onto the densest regions. We show that the kinematics of several regions have a significant and complex velocity structure. For three filaments, we suggest that gas flows toward the more massive clumps are present.

研究の動機と目的

• 質量の大きな星形成領域の運動的構造を理解すること、特にフィラメント状のガス流れが高質量星形成に果たす役割を明らかにすること。
• 高質量星形成に関する既存のHerschel遠赤外線連続分光観測において、運動的情報が不足している点を補完すること。
• 分子ガスの速度勾配とライン幅の変動が、降着、アウトフロー、または断片化のどれによって引き起こされているかを特定すること。
• ガスがフィラメントに沿って流れ、密度の高いクラスターへ降着している領域を同定すること。

提案手法

• MOPRAおよびNobeyama 45m望遠鏡からのN₂H⁺ハイパーファイン構造線データと、Herschel PACSおよびSPIREの遠赤外線光度法を統合した。
• N₂H⁺ハイパーファイン構造の完全な解析を用いて、密度、径方向速度、ライン幅の空間的分解能を持つマップを作成した。
• N₂H⁺運動的マップを70 μm PACS画像および点源と照合し、埋め込まれた原始星との関連を特定した。
• 速度勾配を特定し、その空間的整列をフィラメント構造と照合することで、流れのパターンを推定した。
• ATLASGAL 870 μmデータにCLUMPFINDを適用してクラスター集団を抽出し、クラスター質量および密度を推定した。
• ライン幅の変動を評価し、アウトフロー活動およびSiO放出と相関させることで、動的寄与を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量の大きな星形成領域における速度勾配は、フィラメントに沿ったガスの降着流と整合的か？
• RQ2 クラスター規模でのライン幅変動の原因は何か——アウトフロー、乱流、または解像度の低い速度勾配か？
• RQ3 埋め込まれた原始星（PACS点源）の存在と、クラスターの運動的性質にはどのような相関があるか？
• RQ4 フィラメント内の速度構造は、全体的な吸い込みか、局所的な降着プロセスをどれほど反映しているか？
• RQ5 アクティブなアウトフローを持つ領域と持たない領域において、IRDCおよび質量の大きなクラスターの運動的特徴はどのように異なるか？

主な発見

• IRDC 18223、G28.34、IRDC 18454という3つの質量の大きな星形成領域が、密度の高いクラスターへの降着流と整合する滑らかな速度勾配をフィラメントに沿って示している。
• 1 pcより大きな直径を持つすべての領域が、速度勾配または明確な速度成分への断片化を示しており、複雑な運動的構造を示している。
• クラスター規模のライン幅は、アウトフローと解像度の低い速度勾配によって支配されており、SiOを放出するクラスターではライン幅が顕著に拡張している。
• IRDC 18454は他の領域の平均ライン幅の2倍であり、これはW43ミニスターバースト領域に位置しているため、乱流の増幅または複数の速度成分が関係している可能性がある。
• PACS点源を伴うクラスターは、そうでないものよりもバーリンパラメータ値（α）が低く、質量の集中度が高く、星形成が進んでいるか、競合的降着または初期の形成期に起因している可能性がある。
• 運動的データは、フィラメントが持続的な降着を介して密度の高いクラスターに質量を供給する動的星形成シナリオを支持しているが、初期の流れの起源については未解明のままである。