[논문 리뷰] Fragmentation of high line-mass filaments as revealed by ALMA: the integral shaped filament in Orion A

J. Kainulainen, Amelia M. Stutz외 6명|arXiv (Cornell University)|2016. 03. 17.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 6인용 수 3

한 줄 요약

ALMA 3 mm 연속 분포 관측을 통해 약 3'' 해상도에서 이온화된 형성 영역의 고선질량 적분형상필암(ISF)이 이중 모드 분열을 겪고 있음을 밝혀냈다. 즉, 밀도 높은 핵들이 약 30,000 AU 간격으로 주기적으로 군집을 이루며, 그 안에선 약 6,000 AU 간격으로 더욱 조밀한 하위군집이 형성된다. 핵들은 17,000 AU 이하에서 강한 군집성을 보이며, 원시성들이 이러한 군집성을 이어받고 있어 핵 군집성이 초기 진화 단계 동안 유지되지만, 동역학적 탈출 메커니즘에 의해 파괴된다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We study the fragmentation of the most nearby high line-mass filament, the integral shaped filament (ISF) in the Orion A molecular cloud. We have observed a 1.6 pc long section of the ISF with the Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) at 3 mm continuum emission, at a resolution of $\sim$3 (1$\,$200 AU). We identify from the region 40 dense cores with masses on the order of a solar mass. The nearest neighbour separation distribution of the cores does not show a preferred fragmentation scale; the frequency of short separations increases down to our resolution limit. We apply a two-point correlation analysis on the dense core separations and show that the cores are significantly grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU and strongly grouped below $\sim$6$\,$000 AU. In addition, the two-point correlation function indicates periodic grouping of the cores into groups of $\sim$30$\,$000 AU in size, separated by $\sim$55$\,$000 AU. The groups coincide with dust column density peaks detected by Herschel. These results suggest a two-mode fragmentation in which the maternal filament periodically fragments into groups of dense cores. The strong increase of separations below 6$\,$000 AU may be related to the regime of significant core-to-core interactions. We also find that the protostars in the northern ISF are grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU. The stars with disks do not show significant grouping in the ALMA-covered region. This suggests that the grouping of dense cores is partially retained over the protostar lifetime, but not over the lifetime of stars with disks. This is in agreement with protostars being ejected from the maternal filament by the slingshot mechanism, a model recently proposed for the ISF by Stutz & Gould. The separation distributions of the dense cores and protostars may also provide an evolutionary tracer of filament fragmentation.

연구 동기 및 목표

• 고질량 성형을 연구하는 데 핵심적인 장소인 오리온 A의 고선질량 적분형상필암(ISF)의 분열 패턴을 조사하기 위해.
• ISF의 분열이 선호되는 척도를 따르는지, 또는 계층적 군집을 보이는지 확인하기 위해.
• 밀도 높은 핵,-dust 열량 밀도 최고점, 원시성 간의 공간적 상관관계를 분석하여 진화 역학을 추론하기 위해.
• 핵 군집성이 원시성 진화 과정 동안 유지되는지, 또는 동역학적 과정에 의해 파괴되는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 밀도 높은 핵을 탐지하기 위해, ~3'' (1,200 AU) 해상도로 오리온 A의 ISF 1.6 pc 세그먼트에 대해 ALMA 3 mm 연속 분포 관측을 수행하였다.
• 연속 분포에서 총 40개의 밀도 높은 핵이 질량 약 1 태양질량 수준에서 확인되었다.
• 핵 간 거리에 대해 이중점 상관 분석을 적용하여 다양한 척도에서 공간 군집도를 정량화하였다.
• 상관 함수를 사용해 주기적 군집 패턴을 탐지하였으며, 첨두 위치에서 특징 척도를 유도하였다.
• 헤르슐 위성의 먼지 열량 밀도 지도를 핵 위치와 교차 매칭하여 밀도 최고점과의 일치 여부를 평가하였다.
• 밀도 높은 핵과 원시성 간의 간격 분포를 비교하여 군집도의 진화적 변화를 추적하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ISF의 분열은 선호되는 척도를 따르는가, 아니면 계층적이고 척도 의존적인가?
• RQ2 ISF의 밀도 높은 핵들은 공간적으로 군집되어 있는가, 만약 그렇다면 특징적인 간격은 무엇인가?
• RQ3 핵 분포에 주기적 군집이 존재하는가, 그리고 이러한 군집은 먼지 열량 밀도 최고점과 일치하는가?
• RQ4 원시성의 공간 군집도 밀도 높은 핵의 군집도와 비교해보면 핵 진화에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 핵과 원시성 간의 간격 분포는 필라멘트의 분열 및 동역학적 진화를 추적하는 데 유용한 지표가 될 수 있는가?

주요 결과

• 밀도 높은 핵의 가장 가까운 이웃 간 거리 분포는 선호되는 분열 척도가 없으며, 해상도 한계인 약 3''(1,200 AU)까지의 짧은 간격에서 빈도가 증가한다.
• 이중점 상관 분석 결과, ~17,000 AU 이하 간격에서 핵 군집이 유의미하게 관측되며, ~6,000 AU 이하에서는 강한 군집성이 나타난다.
• 상관 함수는 약 30,000 AU 크기의 군집으로 이루어진 핵의 주기적 군집 패턴을 시사하며, 이들은 약 55,000 AU 간격으로 분리되어 있다. 이는 이중 모드 분열 과정과 일치한다.
• 이러한 주기적 군집은 헤르슐이 관측한 먼지 열량 밀도 최고점과 공간적으로 일치하며, 분열과 국소적 밀도 증가 간의 연관성을 시사한다.
• 북부 ISF의 원시성들은 ~17,000 AU 이하 간격에서 군집되어 있어, 핵 군집성이 원시성 단계 동안 부분적으로 유지된다는 것을 시사한다.
• 디스크를 가진 별들은 ALMA가 커버한 영역에서 뚜렷한 공간 군집성을 보이지 않으며, 이는 초기 핵 군집성이 동역학적 탈출로 인해 상실되었을 가능성이 높다는 것을 시사한다.