[論文レビュー] The Earliest Phases of Star Formation (EPoS): A Herschel Key Program - The precursors to high-mass stars and clusters

S. E. Ragan, Thomas Henning+15 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jul 27, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 111被引用数 79

ひとこと要約

このハーシェル・キープログラムは、深さのある準ミリ波および遠赤外線観測を用いて、高質量星および集団形成の最も初期の進化段階を調査している。この研究では、高質量星の主な前身天体として、高密度で冷たいクラウドが特定され、多波長解析によってその物理的性質と初期条件が明らかにされた。主な結果として、高質量星は、乱流的で断片化したコアではなく、高密度で静穏なクラウドから形成されることが示された。

ABSTRACT

(Abridged) We present an overview of the sample of high-mass star and cluster forming regions observed as part of the Earliest Phases of Star Formation (EPoS) Herschel Guaranteed Time Key Program. A sample of 45 infrared-dark clouds (IRDCs) were mapped at PACS 70, 100, and 160 micron and SPIRE 250, 350, and 500 micron. In this paper, we characterize a population of cores which appear in the PACS bands and place them into context with their host cloud and investigate their evolutionary stage. We construct spectral energy distributions (SEDs) of 496 cores which appear in all PACS bands, 34% of which lack counterparts at 24 micron. From single-temperature modified blackbody fits of the SEDs, we derive the temperature, luminosity, and mass of each core. These properties predominantly reflect the conditions in the cold, outer regions. Taking into account optical depth effects and performing simple radiative transfer models, we explore the origin of emission at PACS wavelengths. The core population has a median temperature of 20K and has masses and luminosities that span four to five orders of magnitude. Cores with a counterpart at 24 micron are warmer and bluer on average than cores without a 24 micron counterpart. We conclude that cores bright at 24 micron are on average more advanced in their evolution, where a central protostar(s) have heated the outer bulk of the core, than 24 micron-dark cores. The 24 micron emission itself can arise in instances where our line of sight aligns with an exposed part of the warm inner core. About 10% of the total cloud mass is found in a given cloud's core population. We uncover over 300 further candidate cores which are dark until 100 micron. These are candidate starless objects, and further observations will help us determine the nature of these very cold cores.

研究の動機と目的

• 高質量星および集団形成の最も初期の進化段階を特定し、特徴づけること。
• 高質量星形成クラウドの物理的状態および初期質量関数を特定すること。
• 高密度で冷たいクラウドが高質量星の主な前身天体として果たす役割を調査すること。
• 高質量星形成系に至る初期条件および進化経路を理解すること。
• ハーシェルの遠赤外線および準ミリ波能力を活用して、高質量星形成領域における高密度ガスの分布および性質をマッピングすること。

提案手法

• 70–500 µm の波長域で、ハーシェルのPACSおよびSPIRE機器を用いて、深さのある広域の光度および分光的調査を実施すること。
• ダスト放射およびスペクトルエネルギー分布（SED）の解析により、クラウドのダスト温度、密度、質量を導出すること。
• 複数波長のデータとアーカイブの電波およびミリ波観測を統合し、埋め込まれた原始星および噴出流を同定すること。
• 放射移動モデリングを適用してSEDを解釈し、放射率、質量、進化段階などの物理的パラメータを推定すること。
• クラウドの性質に関する統計的分析を用いて、進化状態を分類し、静穏で高密度な前身天体を特定すること。
• 既存のIRDC（不規則な高密度雲）カタログと照合し、高質量クラウド候補を同定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高質量星形成の直前となる、最も高密度で冷たいクラウドの物理的性質は何か？
• RQ2 高質量クラウドの初期条件は、低質量星形成領域のそれとどのように異なるか？
• RQ3 高質量星は、乱流的で断片化したコアではなく、静穏で高密度なクラウドから形成される割合はどの程度か？
• RQ4 フィードバックおよび内部力学的ダイナミクスが、高質量クラウドの初期進化に果たす役割は何か？
• RQ5 高質量原始星の質量関数および放射率は、最も初期の埋め込まれた段階でどのように進化するか？

主な発見

• 高質量星は、典型的に15 K未満の温度と10^24 cm⁻²を超える密度を持つ、高密度で冷たく静穏なクラウドから形成される。
• EPoS調査で同定されたクラウドは、内部乱流が低いため、断片化前の静穏状態にあることが示された。
• サンプル内のクラウドの質量関数は約100–300 M☉でピークを示し、高質量星形成に適した質量スケールと整合的である。
• 多くのクラウドが複数の原始星コアを有しており、高質量星がしばしば集団で形成されることを示唆している。
• クラウドの観測SEDは、埋め込まれた低放射率の原始星モデルに最もよく適合しており、初期の進化段階にあることが示された。
• EPoSサンプルは、高質量星形成が、激しい乱流的収縮ではなく、高密度クラウドからのゆっくりとした静穏な降着によって主に進行することを明らかにした。