[論文レビュー] Properties of dust in the high-latitude translucent cloud L1780 I: Spatially distinct dust populations and increased dust emissivity from ISO observations

M. Ridderstad, M. Juvela+3 more|ArXiv.org|Nov 28, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 28被引用数 32

ひとこと要約

本研究は、ISOおよびIRASデータを用いて、高緯度の半透明な分子雲L1780における遠赤外線領域の宇宙ほこり放射を分析し、冷たいコアの東側では非常に小さな粒子（VSG）とポリ環状芳香族炭化水素（PAH）が空間的に別個の集団を形成していることを明らかにした。一方、コア部では1.5倍の遠赤外線放射効率の増加が観測され、これは粒子の凝集を示唆するものである。この結果は、濃密な恒星間領域における粒子集団の特徴と物理的進化を示している。

ABSTRACT

We have analyzed the properties of dust in the high galactic latitude translucent cloud Lynds 1780 using ISOPHOT maps at 100 and 200 micrometers and raster scans at 60, 80, 100, 120, 150 and 200 micrometers. In far-infrared (FIR) emission, the cloud has a single core that coincides with the maxima of visual extinction and 200um optical depth. At the resolution of 3.0 arcmin, the maximum visual extinction is 4.0 mag. At the cloud core, the minimum temperature and the maximum 200um optical depth are 14.9+/-0.4 K and 2.0+/-0.2x10^{-3}, respectively, at the resolution of 1.5 arcmin. The cloud mass is estimated to be 18M_{SUN}. The FIR observations, combined with IRAS observations, suggest the presence of different, spatially distinct dust grain populations in the cloud: the FIR core region is the realm of the "classical" large grains, whereas the very small grains and the PAHs have separate maxima on the Eastern side of the cold core, towards the "tail" of this cometary-shaped cloud. The color ratios indicate an overabundance of PAHs and VSGs in L1780. Our FIR observations combined with the optical extinction data indicate an increase of the emissivity of the big grain dust component in the cold core, suggesting grain coagulation or some other change in the properties of the large grains. Based on our observations, we also address the question, to what extent the 80um emission and even the 100um and the 120um emission contain a contribution from the small-grain component.

研究の動機と目的

• 半透明な分子雲L1780におけるほこり粒子集団の空間的分布および物理的性質を調査すること。
• L1780の冷たく濃密なコア部でほこりの放射効率が増加するかどうかを特定し、粒子の凝集や構造的変化を示唆する物理的過程を同定すること。
• 特に長い波長域において、80–120 μmにおける遠赤外線領域の放射に、非常に小さな粒子（VSG）およびPAHがどの程度寄与しているかを評価すること。
• 視覚的減光（A_V）と200 μm光学的厚さの関係を検討し、高密度領域におけるほこりの性質の変化を推測すること。

提案手法

• 100 μmおよび200 μmにおけるISOPHOTマップと、60から200 μmのラスタースキャンを用いて、L1780全域における遠赤外線放射をマッピングした。
• ISOデータをIRASの12 μmおよび25 μm観測、および近赤外線のJ、H、K_Sバンドにおける色超過データと統合し、視覚的減光（A_V）を導出した。
• 太陽系近辺の値と比較してPAHおよびVSGの過剰を特定するため、色比マップ（例：12 μm/100 μm、60 μm/100 μm）を作成した。
• 遠赤外線放射から200 μm光学的厚さ（τ_200）を計算し、A_Vと比較することで、放射効率の増加を示す非線形的挙動を検出した。
• 1.5 arcmin解像度のマップを用いて、冷たいコア部の最小ほこり温度（14.9 ± 0.4 K）および最大τ_200（2.0 ± 0.3 × 10⁻³）を導出した。
• 水素原子あたりの吸収断面積（σ^H(200 μm) = 1.4 × 10⁻²⁵ cm²）を用いて、ほこり質量を18 M_☉と推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 半透明な分子雲L1780には、空間的に別個の集団を形成する非常に小さな粒子（VSG）とPAHが存在するか？
• RQ2 L1780の冷たく濃密なコア部で、遠赤外線領域のほこり放射効率が増加するか？ もしそうであれば、その背後にある物理的過程は何か？
• RQ3 80 μm、100 μm、120 μmの放射に、どの程度小粒子成分の寄与があるか？
• RQ4 視覚的減光（A_V）と200 μm光学的厚さ（τ_200）の関係が線形からどの程度ずれるか？ これはほこりの性質にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 L1780の雲全体の質量は何か？ また、そのほこり放射効率は、拡散状の恒星間空間（ISM）と比較してどう異なるか？

主な発見

• L1780の遠赤外線放射コアは、視覚的減光のピークおよび200 μm光学的厚さのピークと空間的に一致しており、1つの冷たく濃密なコアであることを示している。
• 最大視覚的減光は3.0 arcmin解像度で4.0 magであり、冷たいコア部では最小ほこり温度が14.9 ± 0.4 K、200 μm光学的厚さが1.5 arcmin解像度で2.0 ± 0.3 × 10⁻³であった。
• 色比（12 μm/100 μm、25 μm/100 μm、60 μm/100 μm）は、それぞれ太陽系近辺の値の4.8倍、4.8倍、2.0倍に達しており、PAHおよびVSGの過剰が示唆された。
• 80 μm、100 μm、さらには120 μmの放射にも、小粒子成分からの測定可能な寄与が存在し、これらの波長域で純粋に大粒径粒子の放射であるという仮定に疑問を呈するものである。
• A_V > 3.5 magの高減光領域では、τ_200/A_Vの比が非線形的に増加し、遠赤外線領域のほこり放射効率が1.5倍増加していることが示された。これは、粒子の凝集または構造的変化に起因するものと整合的である。
• L1780のほこり質量は18 M_☉と推定され、200 μmにおける水素原子あたりの吸収断面積は1.4 × 10⁻²⁵ cm²であり、拡散状ISMの値と整合的であった。