[논문 리뷰] Dust properties of the dark cloud IC5146 - Submillimeter and NIR imaging

C. Krämer, John Richer외 3명|ArXiv.org|2002. 12. 11.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 35인용 수 55

한 줄 요약

이 연구는 IC 5146 어두운 연기운의 선성핵 영역에서의-dust 성질을 분석하기 위해 마이크로미터 파장의 밀도 연속 관측과 근적외선 소멸도를 결합한다. 온도가 20 K에서 12 K로 떨어질 때 먼지 방출도(κ′)가 약 4배 증가하는 것으로 나타나, 냉각되고 밀도가 높은 핵에서 입자 응집과 얼음 막대 성장이 뚜렷하게 일어나고 있음을 강력히 지지하며, 이는 이론 모델과 이전의 CO凍결 관측 결과와 일치한다.

ABSTRACT

We present the results of a submillimeter dust continuum study of a molecular ridge in IC5146 carried out at 850micron and 450micron with SCUBA on the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). The mapped region is 14'x2.5' in size (2pc x 0.3pc) and consists of at least four dense cores which are likely to be prestellar in nature. To study the dust properties of the ridge and its embedded cores, we combined the dust emission data with dust extinction data obtained by Lada et al. (1999) from the NIR colors of background giant stars. The ridge shows dust extinctions above ~10mag, rising up to 35mag in the cores. A map of dust temperatures, constructed from the continuum flux ratios, shows significant temperature gradients: we find temperatures of up to ~20K in the outskirts and between the cores, and down to ~10K in the cores themselves. The cores themselves are almost isothermal. We used the extinction data to derive in addition a map of the dust emissivity. Its average value agrees well with the canonical value of Mathis (1990). We find that the dust emissivity parametrized by kappa_850/kappa_V increases by a factor of about 4 when the dust temperature decreases from ~20K to ~12K. A Monte Carlo simulation shows that this change is significant with regard to the estimated calibration uncertainties. This is consistent with models of dust evolution in prestellar cores by Ossenkopf & Henning (1994) and with the previous detection of gas-phase depletion of CO in one of the IC5146 cores by Kramer et al. 1999.

연구 동기 및 목표

• IC 5146의 선성핵 필라멘트 전역에서 다중 파장의 밀리미터 및 근적외선 데이터를 이용해 먼지 온도 및 방출도 분포를 결정하기 위해.
• 냉각되고 밀도가 높은 환경에서 먼지 성질—특히 방출도—가 온도에 따라 어떻게 변화하는지 조사하기 위해.
• 관측된 먼지 투과도 변화가 입자 진화 과정(예: 응집 및 얼음 막대 형성 등)에 의해 설명될 수 있는지 테스트하기 위해.
• 소멸도와 밀리미터 방출으로 독립적으로 유도된 핵 질량을 비교하여 일관성과 캘리브레이션 정확도를 평가하기 위해.
• 온도, 방출도 지수 β, 절대 투과도를 분리하기 위해 단파장 밀리미터 데이터가 필요한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 2 pc × 0.3 pc 영역에서 JCMT의 SCUBA를 사용해 450 μm 및 850 μm에서 깊은 밀리미터 먼지 연속도 맵을 확보하였다.
• 일정한 스펙트럼 지수 β = 2를 가정하고, 450 μm 대비 850 μm 방출비(S450/S850)를 사용해, 각 선형 방향에 대해 단일 먼지 성분을 가정하고 먼지 온도 맵을 유도하였다.
• Lada 등(1999)의 근적외선 소멸도 자료를 사용하여 배경 항 星 색상 기반으로 A_V를 유도하고, 먼지 열량 밀도를 맵핑하였다.
• 고정된 κ_V를 가정하고, 소멸도 및 밀리미터 방출 데이터를 조합하여 먼지 방출도 비율 κ′ = κ850 / κ_V를 계산하였다.
• 관측된 온도 의존적 방출도 변화가 캘리브레이션 불확실성에 비해 유의미한지 평가하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하였다.
• 핵의 반경 온도 프로파일을 구축하고, A_V, 일반적인 κ850, 그리고 온도 및 κ′ 프로파일을 고려한 방출 기반 모델링으로 유도된 핵 질량을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 IC 5146의 선성핵 필라멘트 전역에서 먼지 온도는 어떻게 변화하며, 관측된 온도 기울기를 유도하는 원인은 무엇인가?
• RQ2 냉각되고 밀도가 높은 핵 내부에서 먼지 방출도(κ′)가 온도가 낮아질수록 유의미하게 증가하는가?
• RQ3 관측된 방출도 변화가 입자 진화 모델(예: Ossenkopf & Henning 1994)의 예측과 어느 정도 일치하는가?
• RQ4 온도 및 투과도 변화를 고려할 때, 소멸도(A_V)와 밀리미터 먼지 방출로 유도된 핵 질량 간 일관성은 어느 정도인가?
• RQ5 캘리브레이션 불확실성이 관측된 방출도 경향의 유의미성에 미치는 영향은 무엇이며, 추가로 필요한 관측은 무엇인가?

주요 결과

• 먼지 온도는 외곽 릿지 영역에서 약 20 K에서 시작해 가장 밀도가 높은 핵에서는 약 10–18 K로 떨어지며, 0.067 pc 규모에서 거의 등온 프로파일을 보인다.
• 온도가 낮아질수록 먼지 방출도(κ′)가 유의미하게 증가하는 것이 관측되었으며, 이는 약 4배 증가하여 약 20 K에서 ~1.3×10⁻⁵에서 12 K에서 ~5×10⁻⁵로 증가하였다. 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 높은 유의미도로 확인되었다.
• 이러한 온도 의존적 κ′ 증가는 냉각되고 밀도가 높은 핵에서 입자 응집과 얼음 막대 성장 이론 모델(Ossenkopf & Henning 1994)과 일치한다.
• 소멸도 기반 핵 질량(M_Av)은 0.13 pc 지름 범위에서 4에서 7 M⊙ 사이이며, 일반적인 κ850 및 T_dust를 사용한 질량(M_canon)과 30% 이내로 일치한다.
• 방출 기반 질량(M_core)은 M_Av에서 일정한 요인 0.85만큼 시스템적으로 오프셋되어 있으며, 온도 및 방출도를 고려할 경우 일관된 캘리브레이션을 나타낸다.
• 이 연구는 단파장 밀리미터 데이터(예: Herschel)가 필요하며, 냉각 핵의 피크 방출이 100–300 μm 사이에 위치하므로 β, T_dust, 절대 투과도를 완전히 분리하기 위해 필수적임을 결론 내린다.