[논문 리뷰] Characterization of Infrared Dark Clouds -- NH$_3$ Observations of an Absorption-contrast Selected IRDC Sample

R.-A. Chira, H. Beuther외 5명|2013. 02. 27.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 2인용 수 29

한 줄 요약

이 연구는 MSX 목록에서 선택한 218개의 북반구 고대비 적외선 어두운 성운(IRDC)에 대한 암모니아(NH₃) (1,1) 및 (2,2) 역행선 관측을 통해 이들의 통계적 특성을 제시한다. 연구 결과 IRDC는 평균 운동온도가 15 K이며, 선폭이 약 2 km s⁻¹, 암모니아 기수밀도가 약 10¹⁴ cm⁻², 비르리얼 질량이 100에서 3000 M⊙ 사이에 분포함을 확인하여 현재 안정해 보이지만 향후 붕괴될 가능성이 높은 비르리얼 평형 상태에 있다고 나타낸다.

ABSTRACT

Despite increasing research in massive star formation, little is known about its earliest stages. Infrared Dark Clouds (IRDCs) are cold, dense and massive enough to harbour the sites of future high-mass star formation. But up to now, mainly small samples have been observed and analysed. To understand the physical conditions during the early stages of high-mass star formation, it is necessary to learn more about the physical conditions and stability in relatively unevolved IRDCs. Thus, for characterising IRDCs studies of large samples are needed. We investigate a complete sample of 218 northern hemisphere high-contrast IRDCs using the ammonia (1,1)- and (2,2)-inversion transitions. We detected ammonia (1,1)-inversion transition lines in 109 of our IRDC candidates. Using the data we were able to study the physical conditions within the star-forming regions statistically. We compared them with the conditions in more evolved regions which have been observed in the same fashion as our sample sources. Our results show that IRDCs have, on average, rotation temperatures of 15 K, are turbulent (with line width FWHMs around 2 km s$^{-1}$), have ammonia column densities on the order of $10^{14}$ cm$^{-2}$ and molecular hydrogen column densities on the order of $10^{22}$ cm$^{-2}$. Their virial masses are between 100 and a few 1000 M$_\odot$. The comparison of bulk kinetic and potential energies indicate that the sources are close to virial equilibrium. IRDCs are on average cooler and less turbulent than a comparison sample of high-mass protostellar objects, and have lower ammonia column densities. Virial parameters indicate that the majority of IRDCs are currently stable, but are expected to collapse in the future.

연구 동기 및 목표

• 제한된 표본 크기로 인해 아직 잘 규명되지 않은 초기 단계의 대질량 항성 형성에서의 물리적 조건을 이해하기 위해.
• 대규모이고 완전한 표본을 이용해 상대적으로 미발달된 IRDC의 온도, 난류 및 안정성에 대해 조사하기 위해.
• 더 발달된 대질량 원형성운의 물리적 성질과 IRDC의 성질를 비교하기 위해.
• IRDC가 중력적으로 결속되어 있으며 붕괴 직전 상태인지 확인하기 위해.
• 운동온도, 선폭 및 비르리얼 질량을 유도하기 위해 암모니아를 온도계 및 역학적 추적자로 사용하기 위해.

제안 방법

• 적외선 흡수 대비에 기반해 MSX 목록에서 218개의 북반구 고대비 IRDC로 구성된 완전한 표본을 선별하였다.
• 운동온도, 선폭(난류의 지표로 사용), 기수밀도를 유도하기 위해 암모니아 (1,1) 및 (2,2) 역행전이를 관측하였다.
• (1,1) 선의 밝기 온도 비율을 사용해 역행전이 비율 방법을 통해 운동온도를 추정하였다.
• 선폭(FWHM)을 측정하여 난류 운동과 비르리얼 파라미터를 추론하였다.
• 은하 회전곡선 모델과 소스의 라디얼 속도를 사용해 운동적 거리를 계산하였다.
• 선폭 및 기수밀도 자료로부터 비르리얼 질량을 계산하고, 비르리얼 파라미터를 사용해 중력적 안정성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미발달 IRDC에서 일반적인 운동온도와 난류 선폭은 무엇인가?
• RQ2 IRDC의 물리적 조건은 더 발달된 대질량 원형성운과 비교해 어떻게 다를까?
• RQ3 IRDC는 중력적으로 결속되어 있으며, 비르리얼 파라미터는 얼마인가?
• RQ4 IRDC 내에서 암모니아와 분자수소 기수밀도의 분포는 어떠한가?
• RQ5 IRDC는 비르리얼 평형 상태에 있으며, 이는 향후 진화에 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• IRDC의 평균 운동온도는 암모니아 (1,1) 선의 밝기 온도 비율로부터 유도된 15 K이다.
• IRDC는 약 2 km s⁻¹의 FWHM 선폭을 보이며, 내부 난류가 상당히 크다는 것을 시사한다.
• 암모니아 기수밀도는 약 10¹⁴ cm⁻²이며, 분자수소 기수밀도는 약 10²² cm⁻²이다.
• 비르리얼 질량은 100에서 수천 개의 태양질량 사이에 분포하여 고질량 잠재력을 지닌다.
• 비르리얼 파라미터는 IRDC가 비르리얼 평형에 매우 가까이 있으며, 현재 안정해 보이나 향후 붕괴될 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 발달된 대질량 원형성운과 비교해 IRDC는 더 낮은 온도, 낮은 난류, 낮은 암모니아 기수밀도를 보인다.