[論文レビュー] Squeezed between shells? On the origin of the Lupus I molecular cloud. - II. APEX CO and GASS HI observations
本研究では、高解像度APEX COおよびGASS HI観測を分析することで、ルパスI分子雲の起源を調査した。その結果、雲の運動学的性質は、拡張するアッパー・スクーピウスH Iシェルおよびアッパー・センタウルス・ルパス風バブルと密接に関連していることが明らかになった。これらの大規模構造の相互作用領域における外部圧縮によって駆動されるシェル不安定性が、雲の形成を引き起こした可能性があり、非定常的運動幅が動的圧縮を示唆している。
[Abridged] The Lupus I cloud is found between the Upper-Scorpius and the Upper-Centaurus-Lupus sub-groups, where the expanding USco HI shell appears to interact with a bubble currently driven by the winds of the remaining B-stars of UCL. We investigate if the Lupus I molecular could have formed in a colliding flow, and how the kinematics of the cloud might have been influenced by the larger scale gas dynamics. We performed APEX 13CO and C18O observations of three parts of Lupus. We compare these results to the atomic hydrogen data from the GASS HI survey and our dust emission results presented in the previous paper. Based on the velocity information, we present a geometric model for the interaction zone between the USco shell and the UCL wind bubble. We present evidence that the molecular gas of Lupus I is tightly linked to the atomic material of the USco shell. The CO emission in Lupus I is found mainly at velocities in the same range as the HI velocities. Thus, the molecular cloud is co-moving with the expanding USco atomic Hi shell. The gas in the cloud shows a complex kinematic structure with several line-of-sight components that overlay each other. The non-thermal velocity dispersion is in the transonic regime in all parts of the cloud and could be injected by external compression. Our observations and the derived geometric model agree with a scenario where Lupus I is located in the interaction zone between the USco shell and the UCL wind bubble. The kinematics observations are consistent with a scenario where the Lupus I cloud formed via shell instabilities. The particular location of Lupus I between USco and UCL suggests that counter-pressure from the UCL wind bubble and pre-existing density enhancements, perhaps left over from the gas stream that formed the stellar subgroups, may have played a role in its formation.
研究の動機と目的
- スクーピウス・セントaurus OB associationのアッパー・スクーピウス（USco）およびアッパー・センタウルス・ルパス（UCL）亜群の間にあるルパスI分子雲の起源を特定すること。
- 特に、USco H IシェルとUCL風バブルの相互作用によって引き起こされる衝突流メカニズムによる雲形成が成立するかどうかを調査すること。
- 高解像度COおよびHIデータを用いて、外部圧縮が雲形成に果たす役割を評価するため、ルパスIの運動学的構造を分析すること。
- UCL風バブルからの反圧と事前に存在する密度増強が、雲の形成を誘発したという仮説を検証すること。
提案手法
- ルパスIの3つの異なる領域に対して、高角分解能および高スペクトル分解能を得るため、APEX $^{13}$CO (2–1) および $^{18}$CO (2–1) 線観測を実施した。
- CO放射のドップラー速度をGASS調査の原子状水素（H I）データと比較し、分子相と原子相のガスの共運動および相互作用を評価した。
- CO線幅から光学厚さ（$\tau_{18}$）、励起温度（$T_{\mathrm{ex}}$）、およびH$_2$総柱密度を推定するため、放射輸送モデルを用いた。
- 線幅の分解を可能にするために、LTE解析および線幅フィッティング技術を用い、スペクトルにガウスフィットを適用して、視線方向の複雑な成分を分解した。
- 分子ガスおよび原子ガスの速度と空間的整合性に基づき、UScoシェルとUCL風バブルの相互作用領域の幾何的モデルを構築した。
- ^{18}$CO線放出における光学厚さの広がりを補正するため、$\tau_{18}/(1 - \exp(-\tau_{18}))$補正を用いた。
実験結果
リサーチクエスチョン
- RQ1ルパスI分子雲は、拡張するアッパー・スクーピウスH Iシェルと運動学的に関連しているか？
- RQ2アッパー・センタウルス・ルパス風バブルは、ルパスIの運動学的性質および構造にどのような役割を果たしているか？
- RQ3ルパスIで観測された非定常的運動幅は、周囲の大規模流れに起因する外部圧縮を示唆しているか？
- RQ4ルパスIの複雑な視線方向速度成分は、UScoシェルとUCLバブルの相互作用領域における衝突流シナリオで説明可能か？
- RQ5事前に存在する密度増強は、ルパスIの形成においてどのような意味を持つのか？
主な発見
- ルパスIの分子ガスは、USco H Iシェルと共運動しており、CO放射は主に $v_{\mathrm{LSR}} = 3$ から $6\,\mathrm{km\,s^{-1}}$ のドップラー速度域に集中しており、H Iの速度範囲と一致している。
- 複数の重複する視線方向成分を示す複雑な運動学的構造を有しており、動的相互作用や断片化の兆候が示唆される。
- ルパスIの非定常的運動幅は、トランス音速領域に位置しており、乱流を駆動する外部圧縮が関与している可能性を示している。
- UScoシェルとUCL風バブルの相互作用領域の幾何的モデルは、観測された運動学的性質および分子ガス・原子ガスの空間分布と整合的である。
- ルパスIの形成は、UCL風バブルからの反圧と、宇宙空間に事前に存在する密度増強によって引き起こされるシェル不安定性によって最もよく説明できる。
- 結果は、二つの大規模な拡張構造の界面で圧縮が起こり、衝突流モデルに整合する形でルパスIが形成されたというシナリオを支持している。
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