[論文レビュー] The interaction of young massive stars with their environment: A millimeter and submillimeter line study of NGC6334 FIR II

J. S. Zhang, C. Henkel+5 more|ArXiv.org|Feb 25, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、APEXおよびSESTによるミリ波・サブミリ波線観測を用いて、NGC6334 FIR IIにおける若年で高質量な星とその環境との相互作用を調査する。H II領域に関連する分子空洞を特定し、H₂および電波連続分光データによりD型イオン化フロントと衝撃フロントの確認を行う。空洞内では動径温度が約200 Kに上昇しており、[C i]は縁の明るさが見られない形で分子雲をトレースしており、不連続な媒体における光子支配領域（PDR）の深く浸透している可能性を示唆する。

ABSTRACT

Using the 15-m Swedish ESO Sub-millimeter Telescope (SEST), CO, HCN, and HCO+ observations of the galactic star-forming region NGC6334 FIR II are presented, complemented by [C I] 3^P_1--3^P_0 and 3^P_2--3^P_1 data from the Atacama Pathfinder Experiment (APEX 12-m telescope). Embedded in the extended molecular cloud and associated with the H II region NGC6334--D, there is a molecular "void". [C I] correlates well with 13^CO and other molecular lines and shows no rim brightening relative to molecular cloud regions farther off the void. While an interpretation in terms of a highly clumped cloud morphology is possible, with photon dominated regions (PDRs) reaching deep into the cloud, the data do not provide any direct evidence for a close association of [C I] with PDRs. Kinetic temperatures are ~40--50K in the molecular cloud and >=200K toward the void. CO and [C I] excitation temperatures are similar. A comparison of molecular and atomic fine structure line emission with the far infrared and radio continuum as well as the distribution of 2.2um H_2 emission indicates that the well-evolved H II region expands into a medium that is homogeneous on pc-scales. If the H_2 emission is predominantly shock excited, both the expanding ionization front (classified as subsonic, "D-type") and the associated shock front farther out (traced by H_2) can be identified, observationally confirming for the first time a classical scenario that is predicted by evolutionary models of H II regions. Integrated line intensity ratios of the observed molecules are determined, implying a mean C18^O/C17^O abundance ratio of 4.13+-0.13 that reflects the 18^O/17^O isotope ratio. This ratio is consistent with values determined in nearby clouds. Right at the edge of the void, however, the oxygen isotope ratio might be smaller.

研究の動機と目的

• 若年で高質量な星がイオン化および衝撃過程を通じて周囲の分子環境に与える影響を理解すること。
• H II領域NGC6334–Dに関連する分子空洞内の物理的状態を調査すること。
• 分子ガス（CO、HCN、HCO⁺、[C i]）の励起状態および運動学的性質を、イオン化および衝撃フロントと関連付けて調べること。
• 核合成的豊度を調べるために、この領域における18O/17O同位体比を測定すること。
• [C i]発光が光子支配領域（PDR）をトレースしているのか、あるいは衝撃励起の影響を受けるのかを評価すること。

提案手法

• SESTおよびAPEX望遠鏡を用いて、3 mmおよび1.3 mmのCO、13 CO、C 18 O、C 17 O、HCN、HCO⁺、[C i]線観測を実施。
• フラックス校正にはチョッパー・ホイール法を用い、メインビーム輝度温度スケールを用いて線強度を導出。
• COおよび[C i]線の回転図分析により、励起温度および動径温度を分析。
• 遠赤外および電波連続分光データと照合し、イオン化および衝撃ガス領域を特定。
• 2.2 μmでの振動励起H₂発光をマッピングし、衝撃フロントをトレース。
• 積分線強度からC 18 O/C 17 Oの同位体比を算出し、18O/17O比を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC6334 FIR IIにおける分子空洞の物理的構造は何か。また、周囲のH II領域とどのように関連しているか。
• RQ2 観測された[C i]および分子線発光は、光子支配領域（PDR）に密接に関連していると整合的か。
• RQ3 分子雲および空洞内の動径温度分布はどのようになっているか。
• RQ4 この領域でD型イオン化フロントおよび関連する衝撃フロントが観測的に確認できるか。
• RQ5 この領域における18O/17O同位体比は何か。また、分子空洞の縁付近で変化するか。

主な発見

• NGC6334 FIR IIの分子空洞の動径温度は200 K以上であり、周囲の分子雲（40–50 K）と顕著に高い。
• COおよび[C i]の励起温度は類似しており、雲内での熱的平衡が成立していることを示し、非局所熱力学的平衡効果の証拠はない。
• [C i]の分布は分子ガスとよく一致しており、縁の明るさが見られない。これは、PDRが不連続な雲の中へ深く浸透している可能性を示唆する。
• C 18 O/C 17 Oの平均同位体比は4.13 ± 0.13であり、周辺の分子雲で観測された18O/17O比と整合的である。
• 分子空洞の縁付近では18O/17O比が低くなる可能性があり、高質量星の物質噴出による局所的豊度増加の可能性を示唆する。
• D型イオン化フロントおよび衝撃フロント（振動励起H₂でトレース）は観測的に確認され、古典的H II領域進化モデルを支持する。