[論文レビュー] The physical and chemical structure of Sagittarius B2. II. Continuum millimeter emission of SgrB2(M) and SgrB2(N) with ALMA

Á. Sánchez-Monge, P. Schilke+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Apr 6, 2017

Bee Products Chemical Analysis参考文献 3被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、ALMAを用いた高分解能1.3 mm連続スペクトル観測を通じて、Sgr B2(M)およびSgr B2(N)の高質量星形成領域におけるダストおよびイオン化ガスの放射をマッピングした。それぞれ27個および20個の連続スペクトル源を検出。Sgr B2(N)は、フィラメント状の流入構造を持つ支配的で質量の大きなコアを有しており、Sgr B2(M)は高密度に破片化されている。両領域ともH₂密度が高く（約10⁷–10⁹ cm⁻³）、化学的多様性は質量および放射度と相関しており、1 GHzあたり最大100本のラインと全放射度の35%がスペクトルラインに寄与している。

ABSTRACT

The high-mass star forming sites SgrB2(M) and SgrB2(N) have been the target of numerous studies, revealing e.g. a rich chemistry. We want to characterize their physical and chemical structure using ALMA high-angular resolution observations at mm wavelengths, reaching spatial scales of about 4000 au, and covering the whole band 6 (from 211 to 275 GHz). In order to determine the continuum emission in line-rich sources, we use a new statistical method: STATCONT. We detect 27 continuum sources in SgrB2(M) and 20 in SgrB2(N). We study the continuum emission across the ALMA band 6, and compare it with previous SMA 345 GHz and VLA 40 GHz observations, to study the nature of the sources detected. The brightest sources are dominated by (partially optically thick) dust emission, while there is an important degree of contamination from ionized gas free-free emission in weaker sources. While the total mass in SgrB2(M) is distributed in many fragments, most of the mass in SgrB2(N) arises from a single object, with filamentary-like structures converging towards the center. There seems to be a lack of low-mass dense cores in both regions. We determine H2 volume densities for the cores of about 10^5-10^7 Msun pc^-3, one to two orders of magnitude higher than the stellar densities of super star clusters. In general, SgrB2(N) is chemically richer than SgrB2(M). There seems to be a correlation between the chemical richness and the mass of the fragments, with more massive clumps being more chemically rich. Both SgrB2(N) and SgrB2(M) harbour a cluster of hot molecular cores. We compare the continuum images with predictions from a detailed 3D radiative transfer model that reproduces the structure of SgrB2 from 45 pc down to 100 au. This dataset, together with ongoing projects in the range 5 to 200 GHz, better constrain the 3D structure of SgrB2, and allow us to understand its physical and chemical structure.

研究の動機と目的

• 高解像度ALMA観測を用いて、Sgr B2(M)およびSgr B2(N)という高質量星形成領域の物理的・化学的構造を同定すること。
• ALMAバンド6（211–275 GHz）におけるスペクトル指数解析を用いて、ダスト連続スペクトル放射とイオン化ガスの自由自由放射（free-free emission）を分離すること。
• 両領域における密度コアの質量分布、H₂体積密度および面密度を特定すること。
• ミリ波帯スペクトルラインにおけるライン密度および放射度割合を分析することで、検出された源の化学的多様性を評価すること。
• ALMA連続スペクトルおよびスペクトル指数マップを3次元放射遷移モデルと比較し、Sgr B2の3次元構造を検証および精緻化すること。

提案手法

• 0.4角秒の解像度（約4000 au）で、ALMAバンド6（211–275 GHz）を用いた偏りのないスペクトルラインサーベイを実施し、小スケール構造の検出を可能にした。
• ラインが豊富なデータキューブからの連続スペクトル放射抽出にSTATCONT統計的手法を適用し、ライン汚染を最小限に抑えた。
• ALMAバンド6全域における連続スペクトルのフラックスからスペクトル指数を導出し、ダスト放射（α ≈ 2–4）とイオン化ガス放射（α < 0 または > 4）を区別した。
• SMA 345 GHzおよびVLA 40 GHz連続スペクトル観測と照合することで、イオン化ガス寄与を同定した。
• 放射遷移およびフラックスモデリングを用いて、ダストおよびイオン化ガスの質量、H₂体積密度、および面密度を推定した。
• 45 pcから100 auのスケールをカバーする3次元放射遷移モデルの予測と、観測された連続スペクトルおよびスペクトル指数マップを比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ALMAを用いた1.3 mm連続スペクトル観測において、Sgr B2(M)およびSgr B2(N)における連続スペクトル源の空間的分布および性質（ダスト対イオン化ガス）は何か？
• RQ2 Sgr B2(M)およびSgr B2(N)における連続スペクトル源のスペクトル指数はどのように変化するか？ そして、それらは主な放射メカニズムを何を示唆するか？
• RQ3 Sgr B2(M)およびSgr B2(N)における密度コアの質量分布およびH₂密度構造は何か？ また、スーパースタークラスタと比較するとどうなるか？
• RQ4 検出された源において、化学的多様性（ライン密度および放射度割合）と質量や密度といった物理的性質との間に相関があるか？
• RQ5 観測されたALMA連続スペクトルおよびスペクトル指数マップは、Sgr B2の3次元放射遷移モデルの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• ALMAの0.4角秒解像度により、Sgr B2(M)で27個、Sgr B2(N)で20個の連続スペクトル源が検出され、4000 auスケールの構造が解像された。
• 両領域で最も明るい源は、光学的厚さが厚めのダスト放射が支配的である一方、やや明るさが低い源ではイオン化ガスの自由自由放射による汚染が顕著に見られた。
• Sgr B2(N)には、0.05 pcの領域に約9000 M☉の質量を持つ支配的コア（AN01）が存在し、全質量の約73%を占めている。一方、Sgr B2(M)では質量が複数の破片に分散している。
• コア内のH₂体積密度は10⁷～10⁹ cm⁻³（または10⁵～10⁷ M☉ pc⁻³）の範囲にあり、これはスーパースタークラスタの星間密度と比べて1～2桁高い。
• Sgr B2(N)はSgr B2(M)よりも化学的に豊富で、最も化学的に豊富な源では1 GHzあたり約100本のスペクトルラインを示し、全放射度の最大35%がスペクトルラインに寄与している。
• 化学的多様性とコア質量／密度との間に正の相関が認められ、低質量源が化学的に貧弱に見えるのは、感度限界によるものであり、本質的な性質ではない可能性がある。