[논문 리뷰] High-mass star formation triggered by collision between CO filaments in N159 West in the Large Magellanic Cloud

Y. Fukui, Ryohei Harada외 21명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 12.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 4인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 13CO(2–1) 관측을 통해 대약성계의 N159 West에서 은하간 성운의 초기 항성 분자의 유동을 처음으로 탐지한다. 연구는 약 10⁵년 전 두 개의 CO 필라멘트가 교차하면서 발생한 충돌 유도 난류에 의해 고질량 항성이 형성되었으며, 항성 후퇴를 극복하기 위해 충격 유도 난류에 의해 촉진된 질량 집적(약 6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹)이 이루어졌다고 제안한다.

ABSTRACT

We have carried out 13CO(J=2-1) observations of the active star-forming region N159 West in the LMC with ALMA. We have found that the CO distribution at a sub-pc scale is highly elongated with a small width. These elongated clouds called "filaments" show straight or curved distributions with a typical width of 0.5-1.0pc and a length of 5-10pc. All the known infrared YSOs are located toward the filaments. We have found broad CO wings of two molecular outflows toward young high-mass stars in N159W-N and N159W-S, whose dynamical timescale is ~10^4 yrs. This is the first discovery of protostellar outflow in external galaxies. For N159W-S which is located toward an intersection of two filaments we set up a hypothesis that the two filaments collided with each other ~10^5 yrs ago and triggered formation of the high-mass star having ~37 Mo. The colliding clouds show significant enhancement in linewidth in the intersection, suggesting excitation of turbulence in the shocked interface layer between them as is consistent with the magneto-hydro-dynamical numerical simulations (Inoue & Fukui 2013). This turbulence increases the mass accretion rate to ~6x10^-4 Mo yr^-1, which is required to overcome the stellar feedback to form the high-mass star.

연구 동기 및 목표

• 대약성계의 N159 West 지역에서 고질량 항성 형성의 물리적 메커니즘을 조사한다.
• 외부 은하에서 CO 필라멘트 간의 구름-구름 충돌이 고질량 항성 형성을 유도할 수 있는지 확인한다.
• 강한 항성 후퇴에도 불구하고 고질량 항성 형성을 가능하게 하는 난류와 질량 집적률의 역할을 평가한다.
• 고질량 항성 형성에서 핵심 형성의 비중력적, 충돌 유도 메커니즘에 대한 관측적 증거를 제공한다.

제안 방법

• ALMA를 이용해 N159 West의 고해상도 13CO(J=2–1) 관측을 수행하여, 보다 작은 척도(서브-파섹)에서 분자의 기체 구조와 운동을 매핑한다.
• 폭이 0.5–1.0 pc이고 길이가 5–10 pc인 기하학적으로 길쭉한 필라멘트 형태의 CO 구조를 식별하였으며, 이는 기존의 적외선 YSO들과 정렬되어 있다.
• 선형 프로파일 분석을 통해 넓은 CO 날개를 탐지하여 분자의 유동을 확인하였으며, 역학적 시간 스케일은 약 10⁴년이다.
• N159W-S에서 교차하는 두 필라멘트 간의 충돌 시나리오를 모델링하여, 구름의 속도 분산과 간격으로부터 충돌 시간 스케일(~6×10⁴년)을 추정하였다.
• 항성 질량(37 M☉)과 추정된 형성 시간 스케일(~10⁵년)에서 질량 집적률(~6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹)을 계산하였으며, 이는 이론적 기준과 일치한다.
• ALMA 연속 및 CS(2–1) 데이터를 사용하여-dust 및 조밀한 기체 선 밀도에 대한 상한선을 설정하였으며, 사전 존재하는 조밀한 핵이 없는 것으로 확인되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 은하에서 필라멘트 충돌이 고질량 항성 형성을 유도할 수 있으며, 그에 대한 증거는 무엇인가?
• RQ2 구름-구름 충돌로 유도된 난류가 고질량 항성 형성 중 질량 집적률을 어떻게 향상시키는가?
• RQ3 N159W-S 지역에서 관측된 고질량 항성이 사전 존재하는 조밀한 핵의 중력 수축에 의해 형성되었는가, 아니면 충돌 유도 질량 농축에 의해 형성되었는가?
• RQ4 관측된 유동의 역학적 시간 스케일과 질량 집적률이 고질량 항성 형성에 대한 이론적 요구 조건과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• N159W-N 및 N159W-S 지역의 젊은 고질량 항성 방향으로 처음으로 은하간 성운의 초기 항성 분자의 유동이 탐지되었으며, 역학적 시간 스케일은 약 10⁴년이다.
• N159W-S 지역의 고질량 항성은 두 개의 CO 필라멘트가 교차하는 지점에 위치해 있어 약 10⁵년 전 충돌에 의해 기원한 것으로 추정된다.
• 충돌 지점은 넓은 선형 폭을 보이며, 충격에 의해 유도된 난류가 MHD 시뮬레이션(Inoue & Fukui, 2013)과 일치하는 것으로 나타났다.
• 추정된 질량 집적률(~6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹)은 항성 후퇴를 극복하고 37 M☉ 항성을 형성하는 데에 충분하다.
• 교차 지점 외부의 필라멘트에서는 조밀한 덩어리나 유의미한 먼지 방출이 관측되지 않아 사전 존재하는 거대 핵이 없는 것으로 나타났다.
• 결과적으로, 충돌 유도 난류가 중력 수축이 필요 없이 충격 압축된 핵으로 질량을 효율적으로 농축시킨다는 시나리오를 지지한다.