[논문 리뷰] ATOMS: ALMA Three-millimeter Observations of Massive Star-forming regions -- V. Hierarchical fragmentation and gas dynamics in IRDC G034.43+00.24

Hongli Liu, Anandmayee Tej외 37명|arXiv (Cornell University)|2021. 11. 03.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 75인용 수 31

한 줄 요약

이 연구는 IRDC G034.43+00.24 내의 질량이 큰 원성운 클러스터 MM1에 대한 ALMA 3 mm 관측을 통해, 난류와 역학적 질량 유입에 의해 이끌리는 클라우드, 클러스터, 코어 스케일에서의 계층적 분할을 규명한다. 주요 발견은 유동, 비르발 코어, 속도 기울기로 증명된 척도에 따라 달라지는 가속도의 연쇄적 과정으로, 다중 척도의 분할과 관련된 역학적 질량 유입/가속도 시나리오를 지지한다. 고질량 성형에서의 다중 척도적 가속도를 뒷받침한다.

ABSTRACT

We present new 3-mm continuum and molecular lines observations from the ATOMS survey towards the massive protostellar clump, MM1, located in the filamentary infrared dark cloud (IRDC), G034.43+00.24 (G34). The lines observed are the tracers of either dense gas (e.g. HCO+/H13CO+ J = 1-0) or outflows (e.g. CS J = 2-1). The most complete picture to date of seven cores in MM1 is revealed by dust continuum emission. These cores are found to be gravitationally bound, with virial parameter, $\alpha_{vir}<2$. At least four outflows are identified in MM1 with a total outflowing mass of $\sim 45 M_\odot$, and a total energy of $\sim 1 imes 10^{47}$ erg, typical of outflows from a B0-type star. Evidence of hierarchical fragmentation, where turbulence dominates over thermal pressure, is observed at both the cloud and the clump scales. This could be linked to the scale-dependent, dynamical mass inflow/accretion on clump and core scales. We therefore suggest that the G34 cloud could be undergoing a dynamical mass inflow/accretion process linked to the multiscale fragmentation, which leads to the sequential formation of fragments of the initial cloud, clumps, and ultimately dense cores, the sites of star formation.

연구 동기 및 목표

• IRDC G034.43+00.24 내의 질량이 큰 원성운 클러스터 MM1에서의 계층적 분할과 기체 역학을 조사한다.
• 고질량 성형이 코어 가속도 또는 경쟁적 가속도로 진행되는지에 대한 열린 질문을 해결하기 위해 분할 척도와 질량 유입률을 분석한다.
• 다중 척도의 질량 유입/가속도가 질량이 큰 클러스터 내에서 분할과 원성운 성장을 이끄는 역할을 규명한다.
• 운동학과 유출 특성을 특성화하여 난류와 피드백이 분할 과정을 어떻게 형성하는지 평가한다.
• 관측된 분할 패tern과 고질량 성형의 이론적 모델, 특히 전역 계층적 붕괴와 관성 유입 모델 간의 연결 고리를 설정한다.

제안 방법

• IRDC G034.43+00.24 내의 MM1과 MM2를 대상으로 고해상도 ALMA 3 mm 연속 및 분자선 관측(지표 HCO+/H13CO+ J=1–0, CS J=2–1)을 수행하였다.
• 먼지 연속 방출을 이용해 9개의 밀도 높은 코어(7개는 MM1, 2개는 MM2)를 식별하고, 질량, 크기, 밀도와 같은 물리적 특성을 측정하였다.
• 비르발 파rameter 분석(αvir < 2)을 통해 코어의 중력적으로 유인된 상태를 평가하였다.
• CS J=2–1 방출을 통해 유출을 식별하고 총 유출 질량(~45 M⊙)과 에너지(~1×10⁴⁷ ergs)를 추정하였으며, 이는 B0형 항성과 일치한다.
• H13CO+ (1–0)에서의 대규모 속도 기울기를 매핑하여 약 0.18 pc 척도에서의 회전 또는 유입 운동을 추론하였으며, 이는 소규모 디스크보다는 회전하는 구조를 시사한다.
• 유입과 유출 간 운동량 보존을 이용해 질량 유입률(Ṁinf ~ 10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹)과 코어 척도의 가속도율(Ṁacc ~ 10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹)을 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IRDC G034.43+00.24 내의 질량이 큰 클러스터 MM1에서 계층적 분할의 정도와 척도는 무엇인가?
• RQ2 운동학과 역학, 특히 속도 기울기와 유출이 고질량 성형의 기존 모델을 지지하거나 도전하는가?
• RQ3 이 시스템에서 다중 척도의 질량 유입/가속도가 분할과 원성운 성장을 이끄는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 관측된 유출 특성과 가속도율은 B0형 원성운에 대한 이론적 기대와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 관측된 분할 및 유입 패턴은 역학적이고 척도에 따라 달라지는 질량 유입/가속도 시나리오로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 9개의 먼지 코어를 식별하였으며, 이 중 7개는 MM1, 2개는 MM2에 속한다. MM1 내의 7개 코어는 이 클러스터에 대해 지금까지 관측된 바 가장 완전한 코어 집합이다.
• 모든 9개의 코어는 중력적으로 유인되어 있으며, 비르발 파rameter αvir < 2로, 별 형성 가능성이 높다.
• MM1 내 총 유출 질량은 ∼45 M⊙이며, 총 에너지는 ∼1×10⁴⁷ ergs로, B0형 원성운에 의해 구동되는 유출과 일치한다.
• H13CO+ (1–0) 방출에서 관측된 대규모, 나비형 속도 기울기(약 0.18 pc 범위)는 소규모 디스크보다는 회전하는 구조의 존재를 시사한다.
• MM1과 MM2 양쪽 모두에서 중간 척도의 속도 기울기(3–8 km s⁻¹ pc⁻¹)는 코어 클러스터로의 기체 유입을 나타내며, 질량 유입률은 약 10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹ 수준이다.
• 코어 척도의 가속도율(Ṁacc ~ 10⁻⁵ M⊙ yr⁻¹)은 클러스터 척도의 유입률(Ṁinf ~ 10⁻⁴ M⊙ yr⁻¹)보다 낮으며, 이는 더 큰 척도에서 더 작은 척도로의 질량 유입 연쇄 과정을 시사하여, 역학적이고 계층적인 가속도 과정을 지지한다.