[논문 리뷰] AST/RO Observations of CO J=4-3 Emission from the N44 Complex in the Large Magellanic Cloud

Sungeun Kim, W. Walsh외 1명|CERN Bulletin|2004. 06. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 33인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운의 N44 H II 복합체에서 12 CO J=4→3 복사수 emmission을 AST/RO 관측으로 제시하며, 팽창하는 거대한 셸의 가장자리에 위치한 N44BC 방향으로 강한 복사수를 탐지한다. 자료는 밀도가 n₀ ≈ 10⁵ cm⁻³인 밀도 높은 분자운을 드러내며, 항성 바람이나 초신성과의 충격 상호작용에 의해 유도된 것으로 보이는 고속도 분자 성분을 확인한다. 이 성분의 운동에너지가 H I 및 H II 기체의 에너지보다 최소한 한 계급 이상 높다.

ABSTRACT

We present Antarctic Submillimeter Telescope and Remote Observatory (AST/RO) observations of 12CO J=4-3 and C I emission in the N44 H II complex in the Large Magellanic Cloud. We detected strong 12CO J=4-3 emission toward the H II region called as N44BC, which is located on the rim of an expanding giant shell in the N44 region. Analysis with a photodissociation region (PDR) model showed that the 12CO J=4-3 emitting cloud is very dense, with n ~ 10^5 cm^-3. We also note that there is a high-velocity component associated with the 12CO J=4-3 emission. This probably originates from molecular material accelerated as a result of the motion induced by the expanding giant shell surrounding LH47 in the N44 complex. We found that the kinetic energy of this high-velocity gas observed in the CO J=4-3 emission toward the rim of the expanding H II shell is at least an order of magnitude higher than the kinetic energy derived for the H I and H II gas in this region.

연구 동기 및 목표

• 대마젤란운의 N44 복합체에서 H I 및 H II 셸에 의해 둘러싸인 영역에 밀도 높은 분자기체가 존재하는지 조사하기 위해.
• 다량의 별 형성과 셸 팽창과 관련된 영역에서 분자기체의 물리적 조건, 특히 밀도와 진동 조건을 규명하기 위해.
• 항성 피드백(바람과 초신성)이 분자기체를 가속화하고 ISM 내 운동에너지에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2002년 남반구 여름 동안 남극에 위치한 앤티오폴리스 서브밀리미터 망원경 및 원격 관측소(ANTARCTIC SUBMILLIMETER TELESCOPE AND REMOTE OBSERVATORY, AST/RO)를 사용하여 서브밀리미터 관측을 수행하였다.
• 1 km s⁻¹ 해상도를 가진 애쿠스토옵티컬 스펙트로미터를 사용하여 461.041 GHz(12 CO J=4→3) 및 492.262 GHz([C I])에서 스펙트럼선 영상 촬영을 수행하였다.
• 신호 대 잡음비를 향상시키고 대기 영향을 줄이기 위해 20′ 이상 떨어진 기준 위치를 사용한 빔 스위칭 모드를 적용하였다.
• 분자기체의 밀도 및 진동 조건을 유도하기 위해 광분해영역(PDR) 모델을 적용하였다.
• H₂ 수밀도를 추정하기 위해 13CO J=1→0, 18CO J=1→0 및 17CO J=1→0 선을 사용한 다중선 진동 분석을 실시하였다.
• CO J=4→3 복사수에서 유도된 질량 및 속도 추정치를 바탕으로 고속도 분자 성분의 운동에너지 계산을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대마젤란운의 N44 복합체에서 팽창하는 H I 및 H II 셸의 분자기체 밀도 및 진동 조건은 어떻게 되는가?
• RQ2 셸 팽창과 관련된 고속도 분자기체가 존재하는가? 그 기원은 무엇인가?
• RQ3 이 지역의 고속도 분자기체의 운동에너지가 H I 및 H II 상태의 에너지와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 셸 가장자리의 분자기체는 LH 47 연합의 항성 피드백 영향을 어느 정도 반영하고 있는가?
• RQ5 관측된 CO J=4→3 복사수는 초신성 잔해나 항성 바람에 의한 충격에 의해 가속화된 것으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• N44 복합체의 팽창하는 거대한 H II 셸 가장자리에 위치한 N44BC 방향으로 강한 12 CO J=4→3 복사수가 탐지되었다.
• N44BC와 관련된 분자운은 PDR 모델링 및 다중선 진동 분석을 통해 n₀ ≈ 10⁵ cm⁻³의 높은 밀도를 가진 것으로 유도되었다.
• CO J=4→3 복사수에서 고속도 성분이 V_LSR = 304 km s⁻¹에서 확인되었으며, 밝기 온도는 약 0.1 K로, 가속화된 분자기체를 나타내는 것으로 보인다.
• 고속도 분자기체의 운동에너지 추정치는 ≥2.6×10⁵¹ erg로, H I 및 H II 기체의 에너지보다 최소한 한 계급 이상 높다.
• 이온화 및 원자 기체를 포함한 셸의 총 운동에너지가 압력에 의해 구동되는 버블 모델에서 예측한 항성 바람 및 초신성의 에너지 입력과 유사하다.
• CO J=4→3 복사수를 방출하는 구름의 분자질량은 이전의 비르발 질량 추정치보다 최소한 한 계급 이상 높은 것으로 추정되며, 더 무거운 밀도 높은 분자기체 저류가 존재함을 시사한다.