[論文レビュー] Probing the initial conditions of High Mass Star formation -- I. Deuteration and depletion in high mass pre/protocluster clumps

T. Pillai, F. Wyrowski+3 more|University of Hertfordshire Research Archive (University of Hertfordshire)|Feb 20, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 46被引用数 48

ひとこと要約

本研究では、超compact H ii領域周辺の前/原始凝集クラスター雲において、重星形成の初期条件をデュテリウム化および分子の枯渇状態の分析を通じて調査した。アンモニアおよびデュテリウム化アンモニア線を用いて、65%の源で強いNH₂D放射線が検出され、デュテリウム化度が最大0.7に達するなど、寒冷で高密度な環境を示している。COの枯渇は50%の源で観測され、質量のあるコアの初期段階の進化を示唆している。

ABSTRACT

UltraCompact HII regions are signposts of high mass star formation. Since high-mass star formation occurs in clusters, one expects to find even earlier phases of massive star formation in the vicinity of UltraCompact HII regions. Here, we study the amount of deuteration and depletion toward pre/protocluster clumps found in a wide-field (10 X 10 arcmin) census of clouds in 32 massive star-forming regions that are known to harbour UCHII regions. We find that 65% of the observed sources have strong NH2D emission and more than 50% of the sources exhibit a high degree of deuteration, (0.1 < NH2D/NH3 < 0.7), 0.7 being the highest observed deuteration of NH3 reported to date. Our search for NHD2 in two sources did not result in a detection. The enhancement in deuteration coincides with moderate CO depletion onto dust grains. There is no evidence of a correlation between the two processes, though an underlying correlation cannot be ruled out as the depletion factor is very likely to be only a lower limit. In summary, we find CO depletion and high deuteration towards cold cores in massive star forming regions. Therefore, these are good candidates for sources at the early phases of massive star formation. While our sensitive upper limits on NHD2 do not prove the predictions of the gas-phase and grain chemistry models wrong, an enhancement of ~10^4 over the cosmic D/H ratio from NH2D warrants explanation.

研究の動機と目的

• 前/原始凝集クラスター雲における分子 tracer を用いて、重星形成の初期物理的・化学的条件を解明すること。
• 寒冷で高密度なコアにおけるデュテリウム化の役割を、低温および初期進化段階の診断指標として調査すること。
• 特にCOの分子の枯渇を、固体表面反応とコア進化のトレーサーとして評価すること。
• 高いデュテリウム化と枯渇が相関しているかどうかを検証し、初期質量コア形成における共通の物理的起源を示唆すること。
• 観測された同素体比を用いて、気相および固体表面化学モデルの予測を検証すること。

提案手法

• NH₃の(J,K) = (1,1)および(2,2)の反転遷移を測定し、励起温度および気体運動温度を導出する。
• NH₃ (1,1)線の超微細分裂比を用いて光学厚さを推定し、励起状態を制約する。
• 放射線輸送方程式と分配関数を用いて、NH₃、NH₂D、CO、H¹³CN、HC¹⁵Nの核密度を計算する。
• 局所熱力学的平衡（LTE）を仮定して、準位分布に標準的なNH₃回転温度法を適用する。
• 線分がないチャンネルの積分強度とノイズレベルを用いて、NHD₂の上限を推定する。
• JPLおよびCDMSのデータベースを用いて、15 Kにおける分配関数と双極子モーメントを決定し、核密度計算に使用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重星形成の前/原始凝集クラスター雲におけるデュテリウム化度はどの程度であり、寒冷で静穏な状態を示唆するか？
• RQ2 これらのクラスター雲におけるCOの枯渇度はどの程度で、デュテリウム化とどの程度相関しているか？
• RQ3 観測されたH¹³CN/HC¹⁵N比は、局所銀河系空間（ISM）と比較して異常であるとされるか？
• RQ4 観測されたNHD₂の上限は、現在の気相反応および固体表面化学モデルと矛盾するか？
• RQ5 デュテリウム化と枯渇を併用することで、質量のある星形成の最も初期段階を特定できるか？

主な発見

• 観測された源の65%が強いNH₂D放射線を示し、デュテリウム化比（NH₂D/NH₃）は0.1から0.7の範囲にあり、最大値0.7は、これまでに報告された中で最も高い値の一つである。
• 50%を超える源でCOの顕著な枯渇が観測され、大量の分子ガスがダスト粒子に付着していることを示唆している。
• デュテリウム化とCO枯渇の間には有意な相関は認められなかったが、枯渇要因はおそらく下限値であるため、隠れた相関が存在する余地がある。
• H¹³CN/HC¹⁵N比は顕著に高い値を示し、局所ISMと比較して炭素および窒素の同素体異常が生じている可能性を示唆している。
• 2つの源でNHD₂の検出は得られなかったが、感度の高い上限が得られ、宇宙D/H比の約10⁴倍のデュテリウム化増幅を理論的に予測するものと矛盾しない。
• 高いデュテリウム化とCOの枯渇の併存は、これらのクラスターが質量のある星形成の最も初期段階にある寒冷で高密度な前/原始凝集コアであると特定するのを支援している。