[論文レビュー] The initial conditions of stellar protocluster formation. I. A catalogue of Spitzer dark clouds

N. Peretto, G. A. Fuller|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|Jun 18, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 29被引用数 176

ひとこと要約

本論文は、スパイクァーのGLIMPSEおよびMIPSGALデータを用いて、天の川銀河における赤外暗黒星雲（IRDC）の包括的で高解像度のカタログを11,303個提供する。8 μmの光学厚さマップと新規の源抽出アルゴリズムを用いて同定された。この研究では、80％のIRDCが以前に未発見であったことが判明し、星団形成の初期条件を研究する上で重要なリソースを提供する。20,000～50,000の埋め込まれた断片が検出され、20～68％のIRDCで24 μmでの活発な星形成が示唆されている。

ABSTRACT

The majority of stars form in clusters. Therefore a comprehensive view of star formation requires understanding the initial conditions for cluster formation. The goal of our study is to shed light on the physical properties of infrared dark clouds (IRDCs) and the role they play in the formation of stellar clusters. This article, the first of a series dedicated to the study of IRDCs, describes techniques developed to establish a complete catalogue of Spitzer IRDCs in the Galaxy. We have analysed Spitzer GLIMPSE and MIPSGAL data to identify a complete sample of IRDCs in the region of Galactic longitude and latitude 10deg < |l|<65deg and |b|<1deg. From the 8micron observations we have constructed opacity maps and used a newly developed extraction algorithm to identify structures above a column density of N_{H2} > 1x10^{22} cm^{-2}. The 24micron data are then used to characterize the star formation activity of each extracted cloud. A total of 11303 clouds have been extracted. A comparison with the existing MSX based catalogue of IRDCs shows that 80% of these Spitzer dark clouds were previously unknown. The algorithm also extracts ~ 20000 to 50000 fragments within these clouds, depending on detection threshold used. A first look at the MIPSGAL data indicates that between 20% and 68% of these IRDCs show 24micron point-like association. This new database provides an important resource for future studies aiming to understand the initial conditions of star formation in the Galaxy.

研究の動機と目的

• 銀河平面における赤外暗黒星雲（IRDC）の完全で偏りのないサンプルを確立し、星団形成の初期条件を研究すること。
• スパイクァーの8 μmの光学厚さマップからIRDCおよびその内部断片を抽出するための新しいアルゴリズムを開発・適用すること。
• MIPSGALの24 μmデータを用いて、IRDC内の星形成活動を特徴づけ、準星団と活発な星団を同定すること。
• 既存のMSXベースのカタログと比較して、新規のスパイクァー基準IRDCカタログの完全性と発見率を評価すること。
• 今後の研究における、銀河全域における準星団の前身の物理的性質と進化を調査する基盤となるデータベースを提供すること。

提案手法

• 銀河の赤外背景に対して吸収構造として現れるIRDCを特定するため、スパイクァーGLIMPSEデータから8 μmの光学厚さマップを構築した。
• 等高線レベル追跡に基づく新規の源抽出アルゴリズムを適用し、閾値光学厚さ（τ_thres）とステップサイズ（τ_step）を用いて局所的ピークを検出し、源の境界を定義した。
• 隣接する等高線レベル間の局所的最小値（τ_lev）を用いて重複する構造を分離し、断片の範囲を定義した。
• ピクセル強度分布のモーメントの慣性行列と固有値分解を用いて、物理的パラメータ（サイズ、位置角、重心）を計算した。
• 既知のダスト特性と減光則に基づくキャリブレーションを用いて、8 μmの光学厚さをH₂の面密度に変換した。
• 点状の24 μm連関を、進行中の星形成の指標として、検出結果とMIPSGALの24 μmデータを照合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スパイクァー基準のIRDCカタログは、以前のMSX基準の調査と比較して、どの程度完全性と信頼性を有しているか？
• RQ2 高解像度のスパイクァーデータを用いることで、以前に未発見のIRDCおよび埋め込まれた断片はいくつ同定可能か？
• RQ3 24 μmの点状連関が示すように、どの程度の割合のIRDCが活発な星形成の兆候を示しているか？
• RQ4 抽出されたIRDCおよびその内部断片の物理的性質（サイズ、質量面密度、形状）は何か？
• RQ5 IRDCは、星団形成の初期条件を保持する準星団の前身としてどの程度の割合を占めているか？

主な発見

• 10° < |l| < 65°および|b| < 1°の銀河縦座標範囲において、スパイクァーGLIMPSEおよびMIPSGALデータから合計11,303個のIRDCが抽出された。
• 検出されたIRDCの約80％が以前に未発見であったことが判明し、MSX基準カタログに比べて顕著な検出完全性の向上が示された。
• 検出しだいでは20,000～50,000の断片がIRDC内に検出された。
• 20％～68％のIRDCで24 μmの点状連関が観測され、サンプルの大部分で活発な星形成が進行していることが示唆された。
• 新規カタログは、星団準星団形成の初期条件を研究する上で、信頼性が高く高解像度のデータベースを提供する。
• この手法は、光学厚さの等高線と局所的最小値に基づいて構造を的確に分離でき、各IRDCおよび断片のサイズ、位置角、重心を正確に測定することに成功した。