[論文レビュー] The molecular gas content of the Pipe Nebula I. Direct evidence of outflow-generated turbulence in B59?

A. Duarte-Cabral, A. Chrysostomou+5 more|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|May 18, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 49被引用数 17

ひとこと要約

本研究では、パイプネブリュラのB59領域におけるJCMT HARPによるCO同素体の観測を用いて、原始星の噴流が密度の高い分子ガスに直接乱流を注入することを示した。線幅は約0.3から約1 km s⁻¹に増加し、励起温度は2–3 K上昇した。結果から、噴流は小スケール（0.1–0.3 pc）でクラスターの重力崩壊を抑制するのに十分な乱流エネルギーを供給しており、そのうちの半分未満が乱流に変換されていることから、静穏で低質量のコアにおける星形成ダイナミクスの制御に重要な役割を果たしていることが示された。

ABSTRACT

The Pipe Nebula is a molecular cloud hosting the B59 region as its only active star-forming clump. While the particular importance of outflows in active star forming regions is subject of debate, the quiet nature of the gas in B59 makes it a good site to directly see the impact of protostellar feedback on the quiescent dense gas. Using HARP at the JCMT, we mapped the B59 region with the J=3-2 transition of 12CO to study the kinematics and energetics of the outflows, and 13CO and C18O to study the overall dynamics of the ambient cloud, the physical properties of the gas, and the hierarchical structure of the region. The B59 region has a total of 30Msun of cold and quiescent material, mostly gravitationally bound, with narrow line widths throughout. Such low levels of turbulence in non-star-forming sites of B59 are indicative of the intrinsic initial conditions of the cloud. On the other hand, close to the forming protostars the impact of the outflows is observed as a localised increase of both line widths from 0.3 to 1 km/s, and 13CO excitation temperatures by 2-3K. The impact of the outflows is also evident in the low column density material which shows signs of being pushed, shaped and carved by the outflow bow shocks as they pierce their way out of the cloud. Much of this structure is readily apparent in a dendrogram analysis of the cloud. The low mass of B59 together with its intrinsically quiescent gas and small number of protostars, allows the identification of specific regions where the outflows from the embedded sources interact the dense gas. Our study suggests that outflows are an important mechanism for injecting and sustaining supersonic turbulence at sub-parsec size scales. We find that less than half of the outflow energy is deposited as turbulent energy of the gas, however this turbulent energy is sufficient to slow down the collapse of the region.

研究の動機と目的

• パイプネブリュラのB59星形成領域における原始星の噴流が、その力学的性質とエネルギー予算に与える影響を調査すること。
• 特に低質量・低速度環境において、噴流が密度の高い静穏な分子ガスにおける乱流の主要因であるかどうかを特定すること。
• 噴流エネルギーが乱流運動にどれほど効率的に転送されるか、およびそのエネルギーが雲の重力的崩壊に対する力学的支持に果たす役割を評価すること。
• B59のような静穏領域と、セルペンスのようなよりダイナミックな領域における、噴流に起因する乱流の検出可能性を比較すること。
• 初期ガス状態が、噴流駆動乱流の観測可能性と影響力に与える影響を評価すること。

提案手法

• ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）のHARP装置を用いて、B59領域の12 CO J=3→2、13 CO J=3→2、C 18 O J=3→2遷移をマッピングした。
• 13 COおよびC 18 Oの線幅プロファイルを用いて、ガス温度、総密度、およびドーピング幅を導出し、乱流が顕著に増加している領域を同定した。
• 階層的構造の分解と運動学的特徴の解釈のため、デンドログラム解析を適用した。
• 原始星からの運動エネルギーと運動量の注入量を推定し、周囲ガス内の乱流エネルギーと比較することで、噴流のエネルギー収支を定量化した。
• 重力的ポテンシャルエネルギーと乱流運動エネルギーのバランスを評価し、コア内の力学的支持の程度を検証した。
• データの低減および解析にはGILDASおよびStarlinkソフトウェアを用い、ビーム平均線幅および励起温度の推定に特に注意を払った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 B59における原始星の噴流は、密度の高く静穏なガスにどれほど検出可能な乱流を生成するか？
• RQ2 B59コアにおける噴流エネルギーは、乱流エネルギーおよび重力的エネルギーと比べてどの程度か？
• RQ3 なぜB59のような静穏領域では噴流駆動乱流が、セルペンスのようなよりダイナミックな領域よりも容易に検出可能なのか？
• RQ4 低質量・低速度分子コアにおいて、噴流エネルギーが乱流運動にどれほど効率的に変換されるか？
• RQ5 観測された乱流はB59クラスターを重力的崩壊から支持しているのか？もしそうならば、その支持はどの程度の期間持続するのか？

主な発見

• B59領域には、非星形成領域において狭い線幅（約0.3 km s⁻¹）を示す、約30 M⊙の冷たく静穏で重力的に束縛されたガスが存在する。
• 原始星周辺では、C 18 O線幅が約0.3 km s⁻¹から約1 km s⁻¹に増加し、13 COの励起温度が2–3 K上昇しており、局所的な噴流駆動乱流の兆候が示された。
• 噴流は低密度ガスをバッシュショックに類似した構造へと形作っており、デンドログラム解析で明確に可視化され、雲の形状を変化させていることが確認された。
• 噴流の周囲では、エネルギーの半分未満が乱流エネルギーに変換されており、残りのエネルギーはコア外部に放出された。
• 乱流エネルギーの供給は、小スケール（約0.1–0.3 pc）でB59クラスターの重力的崩壊を抑制するのに十分であり、運動エネルギーとポテンシャルエネルギーが同等であるという証拠から裏付けられた。
• 初期ガス線幅が低い（≤0.4 km s⁻¹）場合にのみ、噴流駆動乱流が検出可能であり、これはセルペンスのようなより乱流の強い領域では同様の線幅にもかかわらず乱流が検出されない理由を説明している。