[論文レビュー] Probing gas kinematics and PDR structure around O-type stars in Sh 2-305 HII region

N. K. Bhadari, L. K. Dewangan+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 42被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、SOFIAの[Cii] 158 µm線放出を用いて、Sh 2-305 HII領域内のO型星の周囲に2つの拡張する殻状の光分解領域（PDR）を特定した。これらは順次形成されたもので、内側に小さな内殻（約565 M⊙、vexp ~1.3 km s⁻¹）と、外側により希薄な外殻を持つ。殻と規則正しく間隔をあけた高密度クラウドの間の運動学的・空間的相関は、誘発星形成の『たたみこみと崩壊』シナリオを支持する。

ABSTRACT

We report an observational study of the Galactic HII region Sh 2-305/S305 using the [CII] 158 $\mu$m line data, which are used to examine the gas dynamics and structure of photodissociation regions. The integrated [CII] emission map at [39.4, 49.5] km s$^{-1}$ spatially traces two shell-like structures (i.e., inner and outer neutral shells) having a total mass of $\sim$565 M$_\odot$. The inner neutral shell encompasses an O9.5V star at its centre and has a compact ring-like appearance. However, the outer shell is seen with more extended and diffuse [CII] emission, hosting an O8.5V star at its centre and surrounds the inner neutral shell. The velocity channel maps and position-velocity diagrams confirm the presence of a compact [CII] shell embedded in the diffuse outer shell, and both the shells seem to expand with $v_{ m exp}\sim$1.3 km s$^{-1}$. The outer shell appears to be older than the inner shell, hinting that these shells are formed sequentially. The [CII] profiles are examined toward S305, which are either double-peaked or blue-skewed and have the brighter redshifted component. The redshifted and blueshifted components spatially trace the inner and outer neutral shell geometry, respectively. The ionized, neutral, and molecular zones in S305 are seen adjacent to one another around the O-type stars. The regularly spaced dense molecular and dust clumps (mass $\sim$10-10$^{3}$ M$_{\odot}$) are investigated around the neutral shells, which might have originated due to gravitational instability in the shell of collected materials.

研究の動機と目的

• 銀河のHII領域Sh 2-305における質量の大きなO型星の周囲のガス運動学的状態とPDR構造を調査すること。
• Cii放射によって示される中性殻の力学的状態と形成順序を特定すること。
• [Cii]殻と高密度ダスト／分子クラウドとの空間的および運動学的関係を検討すること。
• この領域における誘発星形成に『たたみこみと崩壊』メカニズムが適用可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 速度範囲 [39.4, 49.5] km s⁻¹における未発表のSOFIA [Cii] 158 µm線データの分析により、ガス運動学をマッピングすること。
• モーメント0、チャンネル、および位置-速度（PV）マップの作成により、殻構造と拡張の兆候を特定すること。
• [Cii]線プロファイルと12CO/13CO(1–0)線プロファイルの比較により、運動学的特徴と分子ガスの相関を検証すること。
• 統合放射と標準PDRモデルを用いて、中性水素の表面密度と[Cii]殻の全質量を推定すること。
• Herschelのダスト表面密度、Spitzerの赤外線、FUGINの分子線データと重ね合わせ、空間的相関分析を実施すること。
• PV図から導出された拡張速度を用いて、形成スケールと順次的殻形成を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sh 2-305のO型星の周囲のPDRに明確に分離された拡張する中性殻が存在するか？それらは形態的・運動学的特性でどのように異なるか？
• RQ2 [Cii]殻の拡張速度は何か？これは形成スケールと順序について何を示唆するか？
• RQ3 高密度ダストおよび分子クラウドは、[Cii]殻および電離ガスと空間的・運動学的にどのように関連しているか？
• RQ4 観測された運動学的および構造的特徴は、この領域における『たたみこみと崩壊』シナリオによる誘発星形成を支持するか？

主な発見

• [Cii]モーメント0マップに2つの明確な殻状構造が特定された：内側に高密度で強いリング状の殻と、外側により希薄な殻。
• 両方の殻からの[Cii]放射は合計で約565 M⊙の質量を示しており、平均の中性水素表面密度は約5 × 10²⁰ cm⁻²である。
• 速度チャンネルマップおよび位置-速度図は、コンパクトな内殻がより広がった外殻に幾何学的に埋め込まれており、両方とも約1.3 km s⁻¹で拡張していることを確認した。
• 推定された拡張スケールは、内殻で約0.9 Myr、外殻で約1.7 Myrであり、順次形成であることを示している。
• 二重ピークの[Cii]線プロファイルでは、赤シフト成分が強く、それぞれ内殻および外殻に対応しており、プロファイルの谷部分は12CO/13CO(1–0)線のピークと一致している。
• 10–10³ M⊙の質量を持つ規則正しく間隔をあけた高密度ダストおよび分子クラウドは、[Cii]殻と空間的・運動学的に一致しており、集められた殻物質における重力不安定性に起因するものであると支持される。