[논문 리뷰] ALMA survey of massive cluster progenitors from ATLASGAL. Limited fragmentation at the early evolutionary stage of massive clumps

T. Csengeri, Sylvain Bontemps외 19명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 09.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 36인용 수 28

한 줄 요약

이 ALMA 조사에서는 은하수의 초기 단계에서 질량이 큰 덩어리들을 조사하여, 제한된 분할과 높은 핵 형성 효율성을 규명하였다. 이 연구는 질량이 큰 조밀한 핵(MDCs)이 최대 400 M⊙로 매우 높은 농도로 형성되며, 파섹 단위 스케일에서의 전역적 붕괴를 암시함과 동시에, 현재의 모델이 부족한 난류나 자기장으로는 이러한 질량이 큰 핵을 지탱할 수 없음을 도전한다.

ABSTRACT

The early evolution of massive cluster progenitors is poorly understood. We investigate the fragmentation properties from 0.3 pc to 0.06 pc scales of a homogenous sample of infrared-quiet massive clumps within 4.5 kpc selected from the ATLASGAL survey. Using the ALMA 7m array we detect compact dust continuum emission towards all targets, and find that fragmentation, at these scales, is limited. The mass distribution of the fragments uncovers a large fraction of cores above 40 $M_\odot$, corresponding to massive dense cores (MDCs) with masses up to ~400 $M_\odot$. 77 % of the clumps contain at most 3 MDCs per clump, and we also reveal single clumps/MDCs. The most massive cores are formed within the more massive clumps, and a high concentration of mass on small scales reveals a high core formation efficiency. The mass of MDCs highly exceeds the local thermal Jeans-mass, and observational evidence is lacking for a sufficiently high level of turbulence or strong enough magnetic fields to keep the most massive MDCs in equilibrium. If already collapsing, the observed fragmentation properties with a high core formation efficiency are consistent with the collapse setting in at parsec scales.

연구 동기 및 목표

• 빛나는 질량이 큰 젊은 항성들이 형성되기 이전의 질량이 큰 군집 형성자의 초기 진화를 이해하기 위해.
• 적외선이 조용한 질량이 큰 덩어리에서 0.3 pc에서 0.06 pc의 스케일에서 분할 성질을 조사하기 위해.
• 난류, 자기장 또는 전역적 붕괴가 질량이 큰 조밀한 핵(MDCs) 형성에 어떻게 기여하는지 규명하기 위해.
• 핵 형성 효율(CFE)을 평가하고 고질량 항성 형성 모델에 대한 함의를 분석하기 위해.
• 가장 질량이 큰 덩어리에서 분할을 지속시키거나 억제하는 물리적 메커니즘을 규명하기 위해.

제안 방법

• ATLASGAL 조사에서 4.5 kpc 이내의 35개의 적외선이 조용한 질량이 큰 덩어리를 선별하였으며, 표면 밀도가 높고 볼로메트릭 빛의 세기가 낮은 것을 우선순위로 삼음.
• ALMA 7m 어레이를 Band 7에서 사용하여 넓은 대역폭과 낮은 스펙트럼 해상도로 연속 스펙트럼 영상 촬영을 수행함.
• 로버스트 가중치(0.5)와 CLEAN 역해석을 사용하여 고다이나믹 레인지의 연속 스펙트럼 영상을 생성하였으며, 주기본 비드의 감쇠를 보정함.
• 선이 없는 채널을 식별하여 먼지 연속 스펙트럼 방출을 추출하고 핵의 질량과 분할 수준을 측정함.
• 표준 CASA 4.2.1 절차를 사용하여 데이터를 보정하였으며, 시스템 온도는 100–150 K 사이였음.
• 핵 질량 함수와 분할 패tern을 분석하여 핵 형성 효율과 질량 농도를 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적외선이 조용한 덩어리에서 0.3 pc에서 0.06 pc의 스케일에서 초기 진화 단계에서 질량이 큰 덩어리의 분할 패턴은 어떠한가?
• RQ2 난류와 자기장이 중력 붕괴에 대비하여 가장 질량이 큰 핵(MDCs)을 얼마나 지지하는가?
• RQ3 관측된 높은 핵 형성 효율은 구름 조각의 전역적 붕괴와 일치하는가?
• RQ4 MDC의 질량 분포는 초기 질량 저축과 최종 항성 질량 함수(IMF)와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ5 충분한 비르발 지지가 없는 상태에서 질량이 약 ~400 M⊙인 MDC가 어떻게 형성되는가에 대한 물리적 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• 모든 35개의 대상에서 밀도가 높은 핵의 존재를 확인하는 밀도 있는 먼지 연속 스펙트럼 방출이 관측됨.
• 77%의 덩어리가 최대 세 개 이하의 질량이 큰 조밀한 핵(MDCs)을 포함하고 있어, 초기 단계에서 제한된 분할이 일어남을 시사함.
• MDC 질량은 최대 약 400 M⊙에 이르며, 그 중 상당 부분이 40 M⊙를 초과하여 높은 핵 형성 효율을 암시함.
• 가장 질량이 큰 MDC는 가장 질량이 큰 덩어리에서 선호적으로 형성되며, 덩어리 질량과 핵 질량 사이에 강한 상관관계가 있음을 시사함.
• 핵 형성 효율이 매우 높으며, 질량이 작은 스케일에 집중되어 있어 파섹 단위 스케일에서 붕괴가 이미 시작된 것으로 일치함.
• 관측된 MDC 질량은 지역적 열적 제인 질량을 크게 초과하며, 난류나 자기장만으로는 안정성을 설명할 수 없어 붕괴가 이미 진행 중임을 암시함.