[論文レビュー] Star-forming regions of the Aquila rift cloud complex. II. Turbulence in molecular cores probed by NH3 emission

S. A. Levshakov, C. Henkel+2 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 54被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、エフェルスベルク100m電波望遠鏡を用いて取得した高分解能NH3 (1,1)および(2,2)線放出線マップを用い、アキラ・リフト雲複合体内の低質量星形成分子核における乱流を調査した。径速度場の空間的二点自己相関関数（ACF）および構造関数の解析により、0.04–0.5 pcスケールで緩やかに減衰する振動的ACFが同定され、これは密度の高い核における乱流の減衰と重力的収縮への移行を示唆している。核の運動温度は8.8 Kから15.1 Kの範囲にあり、H2密度は(1–6)×10⁴ cm⁻³であった。

ABSTRACT

(Abridged) Aims. We intend to derive statistical properties of stochastic gas motion inside the dense low mass star forming molecular cores traced by NH3(1,1) and (2,2) emission lines. Methods. We use the spatial two-point autocorrelation (ACF) and structure functions calculated from maps of the radial velocity fields. Results. We find oscillating ACFs which eventually decay to zero with increasing lags on scales of 0.04 <= l <= 0.5 pc. The current paradigm supposes that the star formation process is controlled by the interplay between gravitation and turbulence, the latter preventing molecular cores from a rapid collapse due to their own gravity. Thus, oscillating ACFs may indicate a damping of the developed turbulent flows surrounding the dense but less turbulent core - a transition to dominating gravitational forces and, hence, to gravitational collapse.

研究の動機と目的

• NH3放出を用いて、低質量で密度の高い分子核における確率的ガス運動の統計的性質を同定すること。
• 星形成領域における重力的収縮を制御する乱流の役割を調査すること。
• 観測された速度場構造が、乱流的支撐から重力的優位性への移行を反映しているかどうかを特定すること。
• 埋め込まれた原始星（YSO）を有する核とない核との間で、運動学的性質に差異があるかどうかを比較すること。
• ACFに基づく診断法が、核の進化段階を特定する上で信頼できるかを評価すること。

提案手法

• チャンネル幅0.015–0.077 km s⁻¹の高スペクトル分解能NH3 (1,1)および(2,2)線マップをエフェルスベルク100m電波望遠鏡で取得した。
• 径速度場マップからの空間的二点自己相関関数（ACF）および構造関数を計算し、速度揺らぎを定量化した。
• NH3線のハイパーファイン構造を用いて光学厚さ、励起温度、および核密度を導出した。
• 衝突励起を仮定したもとで、NH3 (2,2)/(1,1)線強度比から運動温度Tkinを導出した。
• HoおよびTownes（1983）の関係式を用い、Tkin、Texおよび衝突励起との関係からH2密度を推定した。
• ライン幅と熱的幅から非熱的速度分散σ_turbを計算し、乱流運動を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アキラの分子核における観測された速度場構造は、乱流の減衰と重力的優位性の兆候を示しているか？
• RQ2 原始星を有する核とない核との間で、径速度場の自己相関関数（ACF）にどのような差異が見られるか？
• RQ3 乱流的速度分散と核のサイズまたは密度勾配との関係は何か？
• RQ4 速度揺らぎのパワースペクトルは、単一のパワーレイ法則カスケードからどの程度逸脱しているか？
• RQ5 物理的性質（Tkin、nH2、生成分率）と核内にYSOが存在するかどうかの相関関係は何か？

主な発見

• 0.04–0.5 pcスケールで緩やかに減衰する振動的ACFが検出され、これは密度の高い核における乱流の減衰を示唆している。
• 運動温度は、原始星を有しない核（SS2B）で8.8 K、YSOを含む核で15.1 Kの範囲にあり、一般的には10–12 K程度であった。
• H2密度は(1–6)×10⁴ cm⁻³と推定され、観測された4つの核の平均値は1.7–3.6×10⁴ cm⁻³であった。
• アンモニア生成分率X[NH3]/[H2]は2×10⁻⁸から1.5×10⁻⁷の範囲にあり、YSOを有する核で高い値を示した。
• L1251C核では、剛体的回転に一致する規則的な速度勾配（˙ϕ ≈ 7×10⁻¹⁴ s⁻¹）が観測されたが、回転エネルギーは重力エネルギーに比べて無視できる程度であった。
• 速度揺らぎのパワースペクトルには「膝」が見られ、単一のパワーレイ法則ではなく、自己重力と非保存的力の間で一時的な競合状態にあることを示唆している。