[논문 리뷰] An ISOCAM Absorption Survey of the Structure of Pre-stellar Cloud Cores

A. Bacmann, P. André외 4명|arXiv (Cornell University)|2000. 06. 27.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 6초초 해상도의 중적외선 ISOCAM 투과 영상 촬영을 통해 24개의 전은하핵을 희미한 배경에 대해 맵핑하여, 중심부 근처에서의 열량 밀도 프로파일이 평탄해지며($N_{H_2} \propto r^{-1}$보다 평탄함) 5,000–10,000 AU 이상에서 기울어짐을 밝혀내었고, 최소 3개의 핵에서 15,000–30,000 AU에서 날카로운 경계를 보였음. 이러한 경계는 유한한 질량 저장소를 나타내며, 별 질량이 주로 전은하핵 단계에서 결정된다는 것을 뒷받침함.

ABSTRACT

We present the results of a mid-infrared (7 micron) imaging survey of a sample of 24 starless dense cores carried out at an angular resolution of 6 arcsec with the ISOCAM camera aboard the Infrared Space Observatory (ISO). The targeted cores are believed to be pre-stellar in nature and to represent the initial conditions of low-mass, isolated star formation. In previous submillimeter dust continuum studies of such pre-stellar cores, it was found that the derived column density profiles did not follow a single power-law such as N[H2] \propto r^(-1) throughout their full extent but flattened out near their center. These submillimeter observations however could not constrain the density profiles at radii greater than ~ 10000 AU. The present absorption study uses ISOCAM's sensitivity to map these pre-stellar cores in absorption against the diffuse mid-infrared background. The goal was to determine their structure at radii that extend beyond the limits of sensitivity of the submillimeter continuum maps and at twiceas good an angular resolution. Among the 24 cores observed in our survey, a majority of them show deep absorption features. The starless cores studied here all show a column density profile that flattens in the center, which confirms the submillimeter emission results. Moreover, beyond a radius of ~ 5000-10000 AU, the typical column density profile steepens with distance from core center and gets steeper than N[H2] \propto r^(-1), until it eventually merges with the low-density ambient molecular cloud. At least three of the cores present sharp edges at R ~ 15000-30000 AU and appear to be decoupled from their parent clouds, providing finite reservoirs of mass for subsequent star formation.

연구 동기 및 목표

• 서미밀리미터 연속 스펙트럼 맵의 감도 한계를 초월한 전은하핵의 반경 방향 구조를 규명하기 위해.
• 은하핵의 초기 밀도 프로파일이 고립된 별 형성 이론 모델과 일치하는지 조사하기 위해.
• 외곽 핵 영역을 탐색하여 별 형성에 이용 가능한 질량 저장소가 유한한지 무한한지 평가하기 위해.
• 관측된 구조가 별의 초기 질량 함수가 붕괴 이전 단계에서 결정된다는 모델을 지지하는지 시험하기 위해.

제안 방법

• ISO 위성의 ISOCAM을 이용해 6초초 해상도의 중적외선(7 μm) 영상 촬영을 수행하여 희미한 중적외선 배경에 대한 투과 특징을 탐지함.
• 관측된 24개 필드 중 23개에서 투과 특징을 확인하여, 희미한 배경에 대한 조밀하고 차가운 핵 물질의 투과 상태를 확인함.
• ISOCAM 강도 프로파일을 1.3 mm 연속 스펙트럼 및 라인 데이터로부터 독립적인 제약 조건과 결합하여 반경 방향 열량 밀도 프로파일을 유도함.
• 기울기 및 기하학적 영향을 고려하기 위해 기울기 제거 기법을 사용하여 진정한 반경 방향 프로파일을 추정함.
• 관측된 프로파일을 단일 등온 구형 및 이온화 확산 모델을 포함한 이론 모델과 비교함.
• 외곽 프로파일의 급격한 기울기 변화가 유한한 질량 저장소 및 원형별 수축 동역학에 미치는 영향을 평가함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 서미밀리미터 연속 스펙트럼 연구에서 제기된 바와 같이 전은하핵이 중심부가 평탄한 열량 밀도 프로파일을 가지는가?
• RQ2 서미밀리미터 맵의 감도가 떨어지는 10,000 AU 이상의 반경에서 전은하핵의 반경 방향 구조는 어떻게 되는가?
• RQ3 관측된 핵 중 일부가 별 형성에 대한 유한한 질량 저장소를 나타내는 날카로운 외곽 경계를 보이는가?
• RQ4 관측된 반경 방향 열량 밀도 프로파일은 단일 등온 구형 또는 이온화 확산 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 전은하핵의 초기 밀도 프로파일이 원형별 수축 속도와 최종 별 질량에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 관측된 24개 필드 중 23개에서 깊은 중적외선 투과 특징을 확인하여, 희미한 배경에 대한 조밀한 핵 물질의 투과 상태를 확인함.
• 전은하핵의 중심부 열량 밀도 프로파일이 크게 평탄해지며, $N_{H_2} \propto r^{-0.15}$에서 $r^{-0.2}$로 평탄해지며 $r^{-1}$보다 더 평탄함을 확인함으로써 서미밀리미터 결과를 뒷받침함.
• 5,000–10,000 AU 이상에서 열량 밀도 프로파일이 기울어지며, $N_{H_2} \propto r^{-1}$에 가까워지고 $R_{\text{edge}} \sim 0.05–0.3$ pc 이상에서는 $r^{-2}$보다 더 기울어짐.
• 최소 3개의 핵에서 $R \sim 15,000–30,000$ AU에서 날카로운 경계를 보이며, 열량 밀도가 $r^{-2}$보다 더 빠르게 감소함을 확인하여 밀도 기울기가 $\rho \propto r^{-3}$ 또는 그 이상임을 시사함.
• 날카로운 경계의 존재는 별 형성에 이용 가능한 질량 저장소가 유한함을 나타내며, 별 질량이 전은하핵 단계에서 결정된다는 가정을 지지함.
• 강한 배경 자기장(~30–100 μG)을 가진 이온화 확산 모델이 관측된 프로파일과 가장 잘 일치하지만, 필라멘터리 구조를 설명하기 위해 난류 자기장이 포함된 더 복잡한 모델이 필요할 수 있음.