[논문 리뷰] A new view of the giant molecular cloud M16 (Eagle Nebula) in 12CO J=1-0 and 2-1 transitions with NANTEN2

Atsushi Nishimura, Jean C Costes외 12명|arXiv (Cornell University)|2017. 06. 19.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 2인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 M16(독수리 nebulae)에서 1.3×10⁵ M☉의 거대 분자구 nucl(1.3×10⁵ M☉)을 밝혀내는 새로운 NANTEN2 CO (J=1-0 및 J=2-1) 관측을 제시한다. 이 구는 은하계 평면에서 수직으로 35 pc에 걸쳐 연장되어 있다. 저자들은 약 10 km s⁻¹의 상대 속도로 블루-시프트와 레드-시프트 성분 간의 충돌이 M16 및 N19에서 O형 항성 형성의 원인이 되었으며, 이는 이온화 공극과 상보적인 기체 분포가 이를 뒷받침한다 고 제안한다.

ABSTRACT

M16, the Eagle Nebula, is an outstanding HII region where extensive high-mass star formation is taking place in the Sagittarius Arm, and hosts the remarkable "pillars" observed with HST. We made new CO observations of the region in the 12CO J=1--0 and J=2--1 transitions with NANTEN2. These observations revealed for the first time that a giant molecular cloud of $\sim 1.3 imes 10^5$ \Msun \ is associated with M16, which is elongated vertically to the Galactic plane over 35 pc at a distance of 1.8 kpc. We found a cavity of the molecular gas of $\sim 10$ pc diameter toward the heart of M16 at \lbeq (16.95\degree, 0.85\degree), where more than 10 O-type stars and $\sim 400$ stars are associated, in addition to a close-by molecular cavity toward a Spitzer bubble N19 at \lbeq (17.06\degree, 1.0\degree). We found three velocity components which show spatially complementary distribution in the entire M16 giant molecular cloud (GMC) including NGC6611 and N19, suggesting collisional interaction between them. Based on the above results we frame a hypothesis that collision between the red-shifted and blue-shifted components at a relative of $\sim 10$ \kms \ triggered formation of the O-type stars in the M16 GMC in the last 1-2 Myr. The collision is two fold in the sense that one of the collisional interactions is major toward the M16 cluster and the other toward N19 with a RCW120 type, the former triggered most of the O star formation with almost full ionization of the parent gas, and the latter an O star formation in N19.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 CO 선 관측을 통해 M16 거대 분자구(GMC)의 분자 기체 구조 및 운동학을 맵핑하기 위해.
• M16 및 관련 영역에서 분자 기체 성분 간의 역학적 상호작용과 거대 항성 형성과의 관계를 조사하기 위해.
• 구-구 충돌이 M16 및 Spitzer 버블 N19에서 O형 항성 형성의 원인이 되었는지 검증하기 위해.
• GMC의 질량, 크기, 운동학적 구조를 규명하여 고질량 항성 형성에서의 역할을 평가하기 위해.
• O형 항성의 이온화가 주변 분자 기체에 미치는 영향, 특히 공극 형성과 기체 감소를 검토하기 위해.

제안 방법

• Nobeyama Radio Observatory의 NANTEN2 망원경을 사용하여 M16 및 N19의 광역 CO J=1–0 및 J=2–1 선 관측을 수행하였다.
• M16 GMC의 공간적 및 속도 분포를 맵핑하여 세 가지 명확한 속도 성분을 식별하였다: 14.8–18.8 km s⁻¹(블루), 22.8–28.8 km s⁻¹(메인), 28.8–30.8 km s⁻¹(레드).
• ¹²CO J=1–0 선 방출에 X_CO 요소를 적용하여 GMC의 총 질량을 추정하여 1.3×10⁵ M☉를 산출하였다.
• 특히 블루-시프트 및 레드-시프트 기체 간의 역학적 상호작용을 추론하기 위해 속도 성분 간의 공간적 상보성을 분석하였다.
• M16 핵심부 및 N19 방향에서 분자 방출 강도 저하를 관측하였으며, 이는 O형 항성의 자외선 복사에 의한 이온화 공극으로 해석되었다.
• 기체 성분과 항성 군집 간의 운동학적 및 공간적 상관관계를 이용하여 항성 형성의 충돌 촉발 메커니즘을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M16와 관련된 거대 분자구의 공간적 및 운동학적 구조는 어떠한가?
• RQ2 M16의 분자 기체 속도 성분 간의 공간적 상관관계는 어떻게 되며, 이는 역학적 상호작용에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ3 구-구 충돌이 M16 및 N19에서 O형 항성 형성의 원인이 되었는가?
• RQ4 M16의 분자 기체 중 O형 항성 11개가 포함된 NGC6611에 의한 이온화 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 관측된 이온화 공극 및 기둥 구조는 고질량 항성 형성의 시기와 메커니즘과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• M16 GMC는 은하계 경도 및 위도에서 20 pc × 35 pc를 차지하며, ¹²CO J=1–0 방출으로부터 유도된 총 질량은 1.3×10⁵ M☉이다.
• 세 가지 명확한 속도 성분이 확인되었으며, 각각 블루-시프트(14.8–18.8 km s⁻¹), 메인(22.8–28.8 km s⁻¹), 레드-시프트(28.8–30.8 km s⁻¹)이다. 메인 및 레드-시프트 성분은 공간적으로 상보적인 분포를 보였다.
• M16 핵심부 (l, b) = (16.95°, 0.85°) 방향에서 약 10 pc의 직경을 가진 분자 공극이 관측되었으며, 이는 NGC6611에 있는 11개의 O형 항성에 의한 이온화와 일치한다.
• Spitzer 버블 N19 (l, b) = (17.06°, 1.0°) 방향에서 두 번째 공극이 발견되었으며, 이는 O9 항성과 연관되어 있어 지속 중이지만 덜 강한 이온화를 나타낸다.
• 전체 GMC에 걸쳐 블루-시프트 및 레드-시프트 성분 간의 공간적 상보성이 관측되어, 약 10 km s⁻¹의 상대 속도로 발생한 충돌 상호작용을 시사한다.
• 충돌 시간 상한은 약 3×10⁵ 년으로 추정되었으며, 이는 M16에서 O형 항성 형성 연령(~1–2 Myr)과 일치하여 충돌 촉발 가설을 지지한다.