[論文レビュー] The CARMA-NRO Orion Survey: The filamentary structure as seen in C$^{18}$O emission

S. Suri, Á. Sánchez-Monge+19 more|Dipòsit Digital de la Universitat de Barcelona (Universitat de Barcelona)|Jan 1, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 50被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、CARMA-NROオリオン調査から得た高分解能C$^{18}$O(1–0)放射データを用い、FilChaP Pythonパッケージを用いてオリオンA分子雲内のフィラメント幅を分析した。フィラメント幅と中心的な面密度の間に相関は認められず、幅の変動は物理的状態よりも構造的複雑性に起因するとされた。幅は0.02〜0.3 pcの範囲にあり、フィッティング手法に応じて中央値は約0.13〜0.16 pcであった。

ABSTRACT

We present an initial overview of the filamentary structure in the Orion A molecular cloud utilizing a high angular and velocity resolution C$^{18}$O(1-0) emission map that was recently produced as part of the CARMA-NRO Orion Survey. The main goal of this study is to build a credible method to study varying widths of filaments which has previously been linked to star formation in molecular clouds. Due to the diverse star forming activities taking place throughout its $\sim$20 pc length, together with its proximity of 388 pc, the Orion A molecular cloud provides an excellent laboratory for such an experiment to be carried out with high resolution and high sensitivity. Using the widely-known structure identification algorithm, DisPerSE, on a 3-dimensional (PPV) C$^{18}$O cube, we identified 625 relatively short (the longest being 1.74 pc) filaments over the entire cloud. We study the distribution of filament widths using FilChaP, a python package that we have developed and made publicly available. We find that the filaments identified in a 2 square degree PPV cube do not overlap spatially, except for the complex OMC-4 region that shows distinct velocity components along the line of sight. The filament widths vary between 0.02 and 0.3 pc depending on the amount of substructure that a filament possesses. The more substructure a filament has, the larger is its width. We also find that despite this variation, the filament width shows no anticorrelation with the central column density which is in agreement with previous Herschel observations.

研究の動機と目的

• 3次元PPVデータを用いた分子雲内フィラメント幅を高精度に測定するための堅牢な手法の開発と適用。
• フィラメント幅が中心的面密度と相関するかどうかを調査し、普遍的なフィラメント幅の概念に疑問を呈する。
• 構造的複雑性と環境の複雑性が観測されたフィラメント幅分布に与える寄与を定量化する。
• オリオンAのフィラメント特性を、空間的・速度的整合性の観点から、タウルスなどの他の領域と比較する。
• 分子雲調査における高精度なフィラメント幅分析を可能にする公開ツール（FilChaP）を提供する。

提案手法

• 3次元C$^{18}$O(1–0)PPVキューブにDisPerSEアルゴリズムを適用し、オリオンAの2平方度にわたる領域で625本のフィラメントを同定した。
• FilChaP Pythonパッケージを独自開発・活用し、複数のフィッティングモデル（ガウシアン、プラマー（p=2およびp=4）、および2次モーメントから導かれるFWHM）を用いて、径方向強度プロファイルからフィラメント幅を測定した。
• フィットの質を赤色カイ二乗統計量を用いて評価し、フィットが不適切なプロファイルを除外することで、幅測定のバイアスを低減した。
• 強度プロファイルにおける肩の数を数えることでフィラメントの構造的複雑性を定量化し、これと測定幅との相関を分析した。
• 調査領域を北側および南側のサブ領域に分割し、フィラメント特性に勾配が存在するかを評価した。
• ヘイツシュ（2013）の磁化・外部圧力を受けたフィラメントモデルを用い、幅と面密度の間の観測された非相関を解釈した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オリオンAのフィラメント幅は、初期のヘーシュル観測が示唆したように中心的面密度と相関するか？
• RQ2 フィラメント強度プロファイルにおける構造的複雑性が、測定幅推定値にどの程度影響を及えるか？
• RQ3 オリオンAのフィラメント幅は、低質量星形成領域（例：タウルス）のそれと比較して、空間的・速度的整合性の観点からどのように異なるか？
• RQ4 観測された幅と面密度の間の相関欠如を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 高分解能C$^{18}$O放射データは、幅測定における中心密度と内側平坦半径のデゲネラシーを解消できるか？

主な発見

• ガウシアンフィットではオリオンA全体の中央値幅が$0.14^{+0.03}_{-0.02}$ pc、プラマーp=2フィットでは$0.16^{+0.04}_{-0.03}$ pcであり、フィッティング手法にかかわらず一貫した値が得られた。
• 中心的面密度とフィラメント幅との間に有意な相関は認められず、面密度が$\sim10^{23}$ cm$^{-2}$に達する高密度領域でも、単純な静的平衡モデルの予測とは反する。
• フィラメント幅は強度プロファイルにおける肩の数に線形的に増加し、構造的複雑性が幅の分散を支配的要因としていることが示された。
• 構造的複雑性のないフィラメントの中央値幅は、北側領域で$0.09 \pm 0.02$ pc、南側領域で$0.12 \pm 0.01$ pcであり、複雑な形状とは独立したベースライン幅が存在することが示唆された。
• オリオンAの大多数のフィラメントは空間的重複や速度的整合性を示さず、タウルスで観測されたファイバー状フィラメントとは異なるが、OMC-4領域では複数の視線方向成分が存在する。
• ヘイツシュ（2013）の磁化・外部圧力を受けたフィラメントモデルが観測された非相関を最もよく説明しているが、最高面密度領域ではわずかに幅を低予測している。