[論文レビュー] Probing the formation of intermediate- to high-mass stars in protoclusters II. Comparison between millimeter interferometric observations of NGC 2264-C and SPH simulations of a collapsing clump

N. Peretto, P. Hennebelle+1 more|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|Nov 8, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 41被引用数 47

ひとこと要約

本研究では、重力的に支配される凝縮したクラスター内での中質量のクラス0プロトスター同士の重力的合体によって、NGC 2264-Cで高質量星が形成されるという仮説を検証する。ミリ波干渉計測定とSPHシミュレーションを用い、中心プロトスター（C-MM3）に近接する速度シフトを示すコンactな源（C-MM13）を特定した。シミュレーションでは、この速度オフセットが動的崩壊と破片化に起因することを示し、初期段階の短命な崩壊シナリオ（初期乱流エネルギー比5%）を支持する。

ABSTRACT

The earliest phases of massive star formation in clusters are still poorly understood. Here, we test the hypothesis for high-mass star formation proposed in our earlier paper (Peretto et al. 2006). In order to confirm the physical validity of this hypothesis, we carried out IRAM Plateau de Bure interferometer observations of NGC 2264-C and performed SPH numerical simulations of the collapse of a Jeans-unstable, prolate dense clump. Our Plateau de Bure observations reveal the presence of a new compact source (C-MM13) located only \~ 10000 AU away, but separated by ~ 1.1 km/s in (projected) velocity, from the most massive Class 0 object (C-MM3) lying at the very center of NGC 2264-C. Detailed comparison with our numerical SPH simulations supports the view that NGC 2264-C is an elongated cluster-forming clump in the process of collapsing and fragmenting along its long axis, leading to a strong dynamical interaction and possible protostar merger in the central region of the clump. The present study also sets several quantitative constraints on the initial conditions of large-scale collapse in NGC 2264-C. Our hydrodynamic simulations indicate that the observed velocity pattern characterizes an early phase of protocluster collapse which survives for an only short period of time (i.e., < 10^5 yr). To provide a good match to the observations the simulations require an initial ratio of turbulent to gravitational energy of only ~ 5 %, which strongly suggests that the NGC 2264-C clump is structured primarily by gravity rather than turbulence. The required "cold'' initial conditions may result from rapid compression by an external trigger.

研究の動機と目的

• NGC 2264-Cで高質量星が、重力的に崩壊する凝縮クラスター内での中質量クラス0プロトスターの重力的合体によって形成されるという仮説を検証すること。
• 観測された運動学的および形態的特徴（特にC-MM3とC-MM13の間の速度オフセット）が、クラスター崩壊の流体力学的シミュレーションによって再現可能かどうかを特定すること。
• NGC 2264-Cプロトクラスタの初期条件を制約すること、特に構造と進化に与える乱流と重力の役割を特定すること。
• 観測された運動学的パターンが、プロトクラスタ崩壊の初期段階に特徴的な一時的特徴であるかどうかを評価すること。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure干渉計を用いた高分解能ミリ波干渉計測定を実施し、NGC 2264-Cのサブアーキセコンド解像度でのコンパクトで埋め込まれた源を検出する。
• 初期状態に乱流の異なるレベルを含む、ジェイムズ不安定性を示す楕円体の高密度クラスターの重力的崩壊を模擬するSPH数値シミュレーションを実施する。
• シミュレートされた位置-速度図と源の形態を、IRAM 30mおよびPlateau de Bure干渉計測定データと比較し、最良の適合モデルを同定する。
• 乱流エネルギー比（αturb⁰）を、初期クラスター状態における乱流と重力の相対的寄与を評価するための主要パラメータとする。
• 時間経過に伴う運動エネルギーと重力エネルギーの変化を追跡し、シミュレートされたクラスターの力学的状態を評価する。
• 破片化の役割を、シミュレートされたコア数と密度を観測されたクラスター特性（特にガス密度閾値n > 10⁴ cm⁻³）と比較することで評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 中心プロトスターC-MM3と近接するコンパクト源C-MM13との間の観測された速度オフセット（約1.1 km s⁻¹）は、崩壊するプロトクラスタ内での動的相互作用によって説明可能か？
• RQ2 SPHシミュレーションがNGC 2264-Cの観測された運動学的および形態的構造を再現するためには、特に乱流エネルギー対重力エネルギー比がどのような初期条件を要するか？
• RQ3 NGC 2264-Cの観測された運動学的パターンは一時的特徴であり、もしそうならプロトクラスタ進化の文脈でどのくらいの期間持続するか？
• RQ4 観測的制約とシミュレーションに基づくと、NGC 2264-Cの構造はどれほど自己重力によって支配されているか？
• RQ5 シミュレーションと観測の間で高密度ガス質量に差異が生じる状況を踏まえると、NGC 2264-Cで重力的崩壊に対して追加の支持機構（おそらく磁場またはプロトスターのフィードバック）が存在する可能性はどの程度か？

主な発見

• Plateau de Bure干渉計は、以前の30m観測で同定された6つのクラス0型源のうち3つでディスク様の放射を検出しており、それらがプロトスターの性質を有することを確認した。
• C-MM3から約10,000 AU離れた新しいコンパクト源C-MM13が発見され、投影速度差が約1.1 km s⁻¹であった。これは強い動的相互作用を示唆する。
• 観測された速度パターンは、初期乱流対重力エネルギー比が約5%のシミュレーションでのみ再現可能であり、クラスターが形成当初から重力的に支配されており「冷たい」状態であることを示す。
• NGC 2264-Cの特徴的な運動学的パターンは、質量降着が顕著に進行する以前の初期段階に発生する一時的特徴であり、最大で1×10⁵年間持続する。
• 最良適合時刻における非熱的運動エネルギー比は約30%に達するが、これは主に乱流ではなく重力的崩壊運動に起因する。
• シミュレーションは、密度が10⁴ cm⁻³を超えるガスの質量を約10倍低予測しており、これには追加の支持機構（おそらく磁場またはプロトスターのフィードバック）がNGC 226-Cに存在する可能性を示唆する。