[논문 리뷰] Evidence for a Cloud-Cloud Collision in Sh2-233 Triggering the Formation of the High-mass Protostar Object IRAS 05358+3543

Rin I Yamada, Y. Fukui외 8명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 03.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 57인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 Sh2-233 영역에서의 구름-구름 충돌이 5 pc 길이, 1.5 pc 너비의 필라멘터리 구름으로 기체를 압축하여 고질량 원형성성성 IRAS 05358+3543의 형성을 유도했다는 증거를 제시한다. 이 충돌은 약 0.5 Myr 동안 2.6 km s⁻¹의 속도로 발생하였으며, 100 M⊙의 질량을 0.1 pc 반경의 핵으로 효율적으로 집중시켜 고질량 항성 형성의 단일 붕괴 모델에서 요구하는 밀도가 높고 질량이 큰 핵을 형성하는 데 유력한 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

We have carried out a new kinematical analysis of the molecular gas in the Sh2-233 region by using the CO $J$ = 2-1 data taken at $\sim$0.5 pc resolution. The molecular gas consists of a filamentary cloud of 5-pc length with 1.5-pc width where two dense cloud cores are embedded. The filament lies between two clouds, which have a velocity difference of 2.6 km s$^{-1}$ and are extended over $\sim$5 pc. We frame a scenario that the two clouds are colliding with each other and compressed the gas between them to form the filament in $\sim$0.5 Myr which is perpendicular to the collision. It is likely that the collision formed not only the filamentary cloud but also the two dense cores. One of the dense cores is associated with the high-mass protostellar candidate IRAS 05358+3543, a representative high-mass protostar. In the monolithic collapse scheme of high mass star formation, a compact dense core of 100 $M_\odot$ within a volume of 0.1 pc radius is assumed as the initial condition, whereas the formation of such a core remained unexplained in the previous works. We argue that the proposed collision is a step which efficiently collects the gas of 100 $M_\odot$ into 0.1 pc radius. This lends support for that the cloud-cloud collision is an essential process in forming the compact high-mass dense core, IRAS 05358+3543.

연구 동기 및 목표

• Sh2-233 영역의 분자 기체의 운동학적 구조를 조사하여 고질량 원형성성성 IRAS 05358+3543의 기원을 이해하기 위해.
• 고질량 항성 형성의 단일 붕괴 모델에서 요구하는 조밀하고 질량이 큰 핵의 형성에 대해 구름-구름 충돌이 설명 가능할지 판단하기 위해.
• 초음속 충돌이 고질량 항성 형성 영역에서 관측된 높은 표면 밀도(~1 g cm⁻²)를 달성하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기 위해.
• 관측된 속도 구조와 필라멘터리 형태를 물리적 상황인 충돌 유도 압축과 연결하기 위해.

제안 방법

• Sub미리터리 텔레스코프(SMT)에서 확보한 약 0.5 pc 해상도의 CO (J=2–1) 데이터를 활용해 새로운 운동학적 분석을 수행하였다.
• 필라멘터리 구름의 전역 속도장을 맵핑하여 속도 불연속성과 구성 요소 간의 체계적 차이를 식별하였다.
• 2.6 km s⁻¹의 속도 차이를 보이는 두 개의 별개의 속도 구성 요소를 확인하여 초음속 충돌을 나타내었다.
• 필라멘터리 구름의 너비(1.5 pc)와 속도 차이를 바탕으로 충돌 시간계를 추정하였으며, 충돌 각도 범위(30°–60°)를 가정하였다.
• 1.3 mm 파장에서의-dust 연속 방출과 연관시켜 소척도 구조를 식별하였다.
• 관측된 표면 밀도와 난류 역학 시간계를 구름-구름 충돌 유도 O형 항성 형성의 이론적 조건과 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 구름-구름 충돌이 IRAS 05358+3543와 연관된 질량이 크고 밀도가 높은 핵의 형성에 설명 가능할 수 있는가?
• RQ2 Sh2-233 영역에서 초음속 구름 충돌의 운동학적 특징은 무엇인가?
• RQ3 충돌 시간계는 관측된 젊은 항성 물체의 연령과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측된 속도 불연속성과 기체 구성 요소의 상호 보완적 분포는 필라멘터리 영역의 충돌 기원을 지지하는가?
• RQ5 핵의 표면 밀도는 구름-구름 충돌 유도 고질량 항성 형성의 이론적 기대치와 일치하는가?

주요 결과

• Sh2-233의 분자 기체는 총 질량 1000 M⊙를 지닌 5 pc 길이, 1.5 pc 너비의 필라멘터리 구름을 형성하며, 젊은 항성 물체(<2 Myr)와 관련된 두 개의 밀도 높은 13CO 피크를 포함한다.
• 필라멘터리 영역을 관통해 2.6 km s⁻¹의 속도 불연속성이 관측되며, 북동쪽에서는 -18.6 km s⁻¹, 남서쪽에서는 -16.0 km s⁻¹의 별개의 속도 구성 요소를 보여 초음속 충돌을 시사한다.
• 필라멘터리 영역은 두 구름의 경계에 위치하며, 이들이 겹치는 영역에서 13CO 강도가 증가하여 충돌 유도 압축 시나리오를 지지한다.
• 필라멘터리 구름의 너비와 속도 차이를 바탕으로 충돌 시간계는 (5–8) × 10⁵ yr로 추정되었으며, 관측된 젊은 항성 집단과 일치한다.
• IRAS 05358+3543 방향에서 0.1 pc 반경 내에 100 M⊙의 먼지 응집체가 관측되었으며, 이는 단일 붕괴 모델의 初기 조건과 일치한다.
• 핵의 표면 밀도는 (1–2) × 10²² cm⁻²로, 통계 기준으로 구름-구름 충돌을 통한 O형 항성 형성의 임계값을 충족한다.