[논문 리뷰] ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy IV. Millimeter hydrogen recombination lines from associated HII regions

W.-J. Kim, F. Wyrowski외 3명|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|2017. 02. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 79인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 은하수 중심부에 위치한 거대하고 밀도가 높은 클러스터들에 대해 IRAM 30m 및 Mopra 22m 전파망원경을 사용한 타겟팅 관측을 통해 기존에 가장 큰 규모의 밀리미터파 수소 재결합선(mm-RRL) 검출 결과를 제시한다—총 178개의 클러스터. 이 연구는 134개의 mm-RRL 검출 결과가 기존의 H II 영역과 관련이 있음을 확인하였고, 8개의 새로운 H II 영역 후보를 규명하였으며, 9개의 소스에서 넓은 선형폭을 관측하여 이들이 아직 형성된 분자구 nuclueus에 싸여 있는 매우 어린 초소형 H II 영역일 가능성이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Observations of millimeter wavelength radio recombination lines (mm-RRLs) are used to search for HII regions in an unbiased way that is complementary to many of the more traditional methods previously used. We carried out targeted mm-RRL observations (39$\leq$ principal quantum number ($n$) $\leq$65 and $Δn$ = 1, 2, 3 and 4, i.e. H$nα$, H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$) using the IRAM 30m and Mopra 22m telescopes. We observed 976 compact dust clumps selected from a catalog of $\sim$10,000 ATLASGAL sources. We detected H$nα$ mm-RRL emission toward 178 clumps; H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$ were also detected toward 65, 23, and 22 clumps, respectively. This is the largest sample of mm-RRLs detections published to date. Comparing the positions of these clumps with radio continuum surveys we identified compact radio counterparts for 134 clumps. The nature of the other 44 detections is unclear, but 8 detections are thought to be potentially new HII regions. Broad linewidths are seen toward nine clumps (linewidth > 40 km s$^{-1}$) revealing significant turbulent motions within the ionized gas. We find that the linewidth of the H$^{13}$CO$^{+}$ (1$-$0) emission is significantly wider than those without mm-RRL detection. We also find a correlation between the integrated fluxes of the mm-RRLs and the 6 cm continuum flux densities of their radio counterparts. We find that the mm-RRL emission is associated with HII regions with $n_{e}<10^{5}$ cm$^{-3}$ and HII region diameter >0.03 pc. We detected mm-RRLs toward 178 clumps and identified eight new HII region candidates. The broad mm-RRL from nine clumps may indicate that they arise in very young hyper-compact HII regions. The mm-RRLs trace the radio continuum sources detected by high-resolution observations and their line parameters show associations with the embedded radio sources and their parental molecular clumps.

연구 동기 및 목표

• ATLASGAL 조사에서 선별한 대규모 밀도가 높은 클러스터의 대량 비편향 샘플에서 밀리미터파 수소 재결합선(mm-RRL)을 검출하기 위해.
• 특히 초기 진화 단계에 있는 잠재된 H II 영역을 포함한 이 클러스터들과 관련된 이온화 기체를 식별하고 특성화하기 위해.
• 특히-dust에 의해 가림을 받는 H II 영역을 식별하기 위해, mm-RRL을 라디오 연속분포 및 적외선 조사와 보완적으로 사용하기 위해.
• 이 영역 내 이온화 기체의 운동학적 및 물리적 특성, 예를 들어 난류와 전자 밀도를 조사하기 위해.
• mm-RRL 속도를 분자기체 추적자들과 라디오 연속분포 대응체들과 비교하여 거대한 별 형성의 진화 단계를 규명하기 위해.

제안 방법

• IRAM 30m 및 Mopra 22m 전파망원경을 사용하여 주 양자수 $ n = 39 $ 에서 $ 65 $ 사이의 타겟팅 mm-RRL 관측을 수행하였으며, H$ n\alpha $, H$ n\beta $, H$ n\gamma $, H$ n\delta $ 전이를 포함하였다.
• ATLASGAL 카탈로그에서 976개의 밀도가 높은 먼지 클러스터를 선별하였으며, 중간 적외선 발광(중간 적외선 밝음)과 중간 적외선 정적(중간 적외선 어두움) 클러스터의 균형 임의 샘플링을 확보하였다.
• mm-RRL 위치를 고해상도 라디오 연속분포 조사(예: MTT, RMS)와 교차 매칭하여 소형 라디오 대응체를 식별하고 H II 영역 연관성을 확인하였다.
• 밀도가 높은 분자기체를 추적하기 위해 H$^{13}$CO$^+$ (1–0) 선 방출을 사용하고, mm-RRL과의 시스템 속도를 비교하여 물리적 연관성을 확인하였다.
• 표준 RRL 형식을 사용하고, 투명도가 높은 조건을 가정하여 전자 밀도를 mm-RRL 선비율과 적분된 복사력으로 계산하였다.
• 이전 조사에서의 cm-RRL과의 선형폭 비교를 통한 통계적 분석을 수행하여 압력에 의한 선형폭 증가 및 비디오 효과를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ATLASGAL에서 선별한 대규모 클러스터 중 mm-RRL 복사가 감지 가능한 비율은 얼마이며, 이는 잠재된 H II 영역을 나타내는가?
• RQ2 mm-RRL 속도와 선형폭은 분자기체 추적자(H$^{13}$CO$^+$)와 라디오 연속분포 소스와 비교하여 어떻게 다를까?
• RQ3 일반적으로 넓은 선형폭을 보이는(mm-RRL) 검출 결과의 물리적 성격은 무엇인가? (특히 >40 km s$^{-1}$)
• RQ4 mm-RRL 검출 결과가 6 cm 라디오 연속분포 복사력과 얼마나 관련이 있으며, 이는 전자 밀도 및 H II 영역 크기 측면에서 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 mm-RRL 검출 결과는 초소형 또는 초초소형 H II 영역과 관련되어 있는가? 이는 이전의 cm-RRL 조사와 비교하여 어떻게 다를까?

주요 결과

• 178개의 클러스터에서 H$ n\alpha $ mm-RRL 복사가 감지되었으며, H$ n\beta $, H$ n\gamma $, H$ n\delta $ 전이에서 각각 65개, 23개, 22개의 검출 결과를 기록하여 지금까지 가장 큰 mm-RRL 샘플을 구성하였다.
• mm-RRL 검출 결과 중 134개는 소형 라디오 연속분포 대응체를 보이며, 이는 기존의 H II 영역과의 연관성을 확인한다.
• 8개의 mm-RRL 검출 결과는 알려진 라디오 대응체가 없으며, 이는 새로운 H II 영역 후보일 가능성을 시사한다.
• 9개의 클러스터에서 넓은 mm-RRL 선형폭(>40 km s$^{-1}$)을 관측하여 높은 난류 운동을 나타내며, 매우 어린 초소형 H II 영역임을 뒷받침한다.
• mm-RRL 시스템 속도는 H$^{13}$CO$^+$ (1–0) 선 속도와 일치하여 이온화 기체와 밀도가 높은 분자기체 클러스터 간의 물리적 연관성을 확인한다.
• mm-RRL 적분 복사력과 6 cm 연속분포 복사력 간에 강한 상관관계(피어슨 상관계수 $ \rho = 0.70 $)를 발견하였으며, 이는 mm-RRL이 라디오 연속분포와 동일한 이온화 영역을 추적함을 뒷받침한다.