[論文レビュー] The first CO+ image: Probing the HI/H2 layer around the ultracompact HII region Mon R2

S. P. Treviño-Morales, A. Fuente+13 more|arXiv (Cornell University)|Jul 21, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 28被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、モノ・R2の超小形HII領域における最初の空間分解CO+ (J=2–1)画像を提示し、高密度でUV放射を受ける光分解領域（PDR）におけるH I/H2界面を示す塊状で輪状の発光形態を明らかにした。CO+発光は[C II]およびPAHsと空間的に一致しており、PDR境界における狭い高密度層からの起源を確認した。分率濃度は0.1–1.9×10⁻¹⁰の範囲にあり、高いUVフラックスと高密度条件下でのCO+生成を予測する化学モデルと整合的である。

ABSTRACT

The CO+ reactive ion is thought to be a tracer of the boundary between a HII region and the hot molecular gas. In this study, we present the spatial distribution of the CO+ rotational emission toward the Mon R2 star-forming region. The CO+ emission presents a clumpy ring-like morphology, arising from a narrow dense layer around the HII region. We compare the CO+ distribution with other species present in photon-dominated regions (PDR), such as [CII] 158 mm, H2 S(3) rotational line at 9.3 mm, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and HCO+. We find that the CO+ emission is spatially coincident with the PAHs and [CII] emission. This confirms that the CO+ emission arises from a narrow dense layer of the HI/H2 interface. We have determined the CO+ fractional abundance, relative to C+ toward three positions. The abundances range from 0.1 to 1.9x10^(-10) and are in good agreement with previous chemical model, which predicts that the production of CO+ in PDRs only occurs in dense regions with high UV fields. The CO+ linewidth is larger than those found in molecular gas tracers, and their central velocity are blue-shifted with respect to the molecular gas velocity. We interpret this as a hint that the CO+ is probing photo-evaporating clump surfaces.

研究の動機と目的

• モノ・R2の星形成領域におけるCO+発光の空間的分布をマッピングし、高密度でUV放射を受けるPDRにおけるH I/H2界面を研究する上で重要な位置を特定すること。
• 化学モデルが予測するように、CO+が超小形HII領域と分子ガスの境界をトレースしているかどうかを検証すること。
• 理論的予測と比較することで、CO+生成に必要な物理的条件（密度、UV場）を特定し、濃度を評価すること。
• CO+の運動的性質をHCO+およびH13CO+などの分子ガストレーサーと比較し、光蒸発などの動的過程を推察すること。

提案手法

• 236.0625 GHzのCO+ (J=2–1)遷移を、11″の beam を用いたIRAM-30m望遠鏡で観測し、画像化に十分なS/N比を達成した。
• データはCLASS/GILDASパッケージを用いて減衰処理し、S/Nを向上させるとともに、他のトレーサーとの空間的比較を可能にするために16″解像度に平滑化した。
• CO+発光マップは、スパッタラー、ヘーシェル、および先行研究から得られた多波長データ（[Ne II]（HII領域）、H2 S(3)（PDR）、PAHs（11.3 μm）、[C II]（158 μm）、H13CO+（分子ガス））と空間的比較を行った。
• 局所熱力学的平衡を仮定し、CO+の輝度温度とC+発光の比を用いて、3つの位置（IFおよびMP2）におけるCO+分率濃度を導出した。
• 運動論的解析では、CO+のラインプロファイルをHCO+およびH13CO+のプロファイルと比較し、ドップラー速度のずれやライン幅を評価することで、流れ出しや蒸発の兆候を推察した。
• 化学モデルの予測を用いてCO+濃度を解釈し、特にH密度（nH）およびUV場（G₀）への依存性を検討することで、観測された濃度の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 化学モデルが予測するように、CO+発光はモノ・R2のPDRにおけるH I/H2界面をトレースしているか？
• RQ2 CO+の空間的分布は、[C II]、PAHs、H2線などの他のPDRトレーサーとどのように比較できるか？
• RQ3 モノ・R2の異なる領域におけるCO+分率濃度は何か？また、UV場と密度に基づく理論的予測と一致するか？
• RQ4 CO+のラインプロファイルは、分子ガストレーサーと比較してブルー・シフトしているか？これはガスの運動論的性質に何を示唆するか？
• RQ5 CO+発光は、PDR表面における高密度クラウドの光蒸発と整合的か？

主な発見

• CO+発光は、超小形HII領域を中心に塊状で輪状の形態を示し、[C II]およびPAHs発光と空間的に一致しており、H I/H2界面における狭く高密度な層からの起源を確認した。
• 3つの位置におけるCO+分率濃度は0.1～1.9×10⁻¹⁰の範囲にあり、高密度（nH ≥ 2×10⁴ cm⁻³）かつ高UV（G₀ ≥ 10³）条件下でのみCO+生成が予測される化学モデルと良好に一致している。
• CO+のライン幅は、HCO+ や H13CO+ といった標準的な分子ガストレーサーよりも広く、乱流や流れ出し運動の増強を示唆している。
• CO+の中心速度は分子ガスと比較して系統的にブルー・シフトしており、CO+が観測者に向かって放出されるガスをトレースしていることを示し、高密度クラウドの光蒸発と整合的である。
• MP2ではCO+が検出されず（上限 <4×10⁻¹¹）、一方IFでは検出された（濃度 ~10⁻¹¹）ことから、CO+生成には高いUVフラックスと密度が不可欠であることが裏付けられた。
• 空間的形態と運動論的オフセットの両方が、PDRが滑らかな層ではなく、破壊的で高密度なクラウドから構成されており、光蒸発を受けていることを示唆しており、CO+は照らされた蒸発表面をトレースしている。