[論文レビュー] Probing the role of protostellar feedback in clustered star formation. Mapping outflows in the collapsing protocluster NGC 2264-C

A. Maury, Ph. André+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 65被引用数 46

ひとこと要約

本研究は、IRAM 30m望遠鏡を用いた12CO(2–1)、13CO(2–1)、C18O(2–1)線観測を通じて、NGC 2264-Cの原始星クラスタにおける原始星の噴流をマッピングし、クラス0原始星によって駆動される11個の噴流 lobes を検出。局所的乱流に顕著な貢献を示すが、合計の運動量フラックスはクラスタのグローバルな重力的崩壊に対して支えきれず、現在の段階では重力が支配的であることが示唆される。ただし、将来の星形成の急増がフィードバック駆動による崩壊停止を引き起こす可能性がある。

ABSTRACT

The role played by protostellar feedback in clustered star formation is still a matter of debate. In particular, protostellar outflows have been proposed as a source of turbulence in cluster-forming clumps, which may provide support against global collapse for several free-fall times. Here, we seek to test the above hypothesis in the case of the well-documented NGC 2264-C protocluster, byquantifying the amount of turbulence and support injected in the surrounding medium by protostellar outflows. Using the HERA heterodyne array on the IRAM 30m telescope, we carried out an extensive mapping of NGC 2264-C in the three molecular line transitions 12CO(2-1), 13CO(2-1), and C18O(2-1). We found widespread high-velocity 12CO emission, testifying to the presence of eleven outflow lobes, closely linked to the compact millimeter continuum sources previously detected in the protocluster. We carried out a detailed analysis of the dynamical parameters of these outflows, including a quantitative evaluation of the overall momentum flux injected in the cluster-forming clump. These dynamical parameters were compared to the gravitational and turbulent properties of the clump. We show that the population of protostellar outflows identified in NGC 2264-C are likely to contribute a significant fraction of the observed turbulence but cannot efficiently support the protocluster against global collapse. Gravity appears to largely dominate the dynamics of the NGC 2264-C clump at the present time. It is however possible that an increase in the star formation rate during the further evolution of the protocluster will trigger sufficient outflows to finally halt the contraction of the cloud.

研究の動機と目的

• 原始星の噴流が、グローバルな重力的崩壊に対してクラスタ形成クラスタを支えるのに十分な運動量フラックスを提供できるかどうかを検証すること。
• NGC 2264-Cの原始星クラスタにおける噴流の動的影響が乱流および運動量に与える影響を定量化すること。
• 原始星のフィードバックが、初期段階の高密度で崩壊中の原始星クラスタにおける星形成をどのように制御しているかを評価すること。
• 噴流のみでクラスタ内の観測された力学的エネルギーおよび運動量を説明できるかを評価し、磁場などの他の力（例：磁場）が必要かどうかを検討すること。

提案手法

• IRAM 30m望遠鏡のHERA混合変換アレイを用いて、NGC 2264-Cにおける高分解能の12CO(2–1)、13CO(2–1)、C18O(2–1)マッピングを実施。
• 高スペードのCO線放出を用いて噴流 lobes を同定し、運動学的解析により速度、長さ、運動量、運動量フラックスなどの噴流特性を特定。
• Bontempsら（1996）の経験的関係式 F_flows ∝ M_env を用いて、検出されなかった低質量源を含めた原始星エンvelopeからの運動量フラックスを推定。
• P_max = F_max × τ の式を用いて原始星の生涯にわたる総運動量注入量を計算。τ ≈ 10^5 yr を特徴的な進化 timescale とみなす。
• クラスタ質量の推定値とバーリン平衡を用いて、クラスタを支えるために必要な重力的力と合計運動量フラックスを比較。
• 崩壊がバーストを引き起こす場合の将来のフィードバック可能性を評価するため、星形成率（SFR）とそれに伴う運動量注入量を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 2264-Cにおける原始星の噴流は、グローバルな重力的崩壊に対してクラスタを支えるのに十分な運動量フラックスを提供できるか？
• RQ2 NGC 2264-Cにおける観測済みおよび推定された噴流集団が、合計でどれほどの機械的出力および運動量フラックスを注入しているか？
• RQ3 NGC 2264-Cにおける観測された乱流は、原始星の噴流によって駆動される乱流と重力的収縮によって駆動される乱流と比べてどのように異なるか？
• RQ4 現在の噴流フィードバックは、クラスタの力学的状態を説明するのに十分か。それとも、磁場などの追加の力が必要か？
• RQ5 将来的な星形成率の増加が、NGC 2264-Cのグローバルな崩壊を最終的に停止させる噴流フィードバックを引き起こす可能性はあるか？

主な発見

• 11個の高スペードCO(2–1)噴流 lobes が検出され、投影速度は約10 km/s ～ 約30 km/s、長さは約0.2 pc ～ 約0.8 pc、運動量フラックスは約0.5×10⁻⁵ ～ 約50×10⁻⁵ M⊙.km.s⁻¹.yr⁻¹ の範囲であった。
• 駆動源が特定された3つの噴流（C-MM1、C-MM2、C-MM13）は、典型的なクラス0原始星と整合的で、M_env ∼2–40 M⊙、最終的星質量 ∼2–8 M⊙ の範囲であった。
• 噴流ネットワークの合計機械的出力は L_tot = 0.7 ± 0.5 L⊙ であり、クラスタ内での観測された乱流に顕著な貢献をしていることが示された。
• 検出されなかった低質量噴流を含めたとしても、合計運動量フラックス F_max ∼5×10⁻³ M⊙.km.s⁻¹.yr⁻¹ は、クラスタのグローバル崩壊に対して支えるには依然として約1桁分不足しており、依然として不十分であった。
• NGC 2264-Cにおける平均の噴流運動量／単位星質量は約10 km.s⁻¹ であり、Nakamura & Li (2007) のシミュレーションで仮定された値の約1/5にとどまり、フィードバックが現在は非臨界である可能性を示唆した。
• 将来的な星形成バーストにより、SFRが ∼1.5×10⁻³ M⊙.yr⁻¹ に上昇すると、運動量注入量が ∼15×10⁻³ M⊙.km.s⁻¹.yr⁻¹ に達する可能性があり、支えるために必要な値と同数量級に達する。これは、将来的にはフィードバックが崩壊を停止させる可能性があることを示唆している。