[논문 리뷰] Ionization compression impact on dense gas distribution and star formation, Probability density functions around H ii regions as seen by Herschel

Pascal Tremblin, N. Schneider외 23명|NPARC|2014. 01. 28.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 92인용 수 53

한 줄 요약

이 연구는 M16, 로제트, RCW120, 벨라 C의 H II 영역에 대한 허셜 원적외선 기둥 밀도 맵을 사용하여, 이온화로 인한 압축이 조밀한 기체의 확률 밀도 함수(PDF)를 형상화하고, 이중 피크 또는 넓어진 로그노멀 분포를 생성함을 보여준다. 두 번째 피크는 이온화 전면에서 압축된 기체에서 기인하며, 고기둥 밀도에서의 멱법칙 尾는 중력 수축을 나타낸다. 이러한 PDF 특성들은 촉발된 별 형성과 기존의 별 형성을 구별하는 데 도움을 준다.

ABSTRACT

Ionization feedback should impact the probability distribution function (PDF) of the column density around the ionized gas. We aim to quantify this effect and discuss its potential link to the Core and Initial Mass Function (CMF/IMF). We used in a systematic way Herschel column density maps of several regions observed within the HOBYS key program: M16, the Rosette and Vela C molecular cloud, and the RCW 120 H ii region. We fitted the column density PDFs of all clouds with two lognormal distributions, since they present a double-peak or enlarged shape in the PDF. Our interpretation is that the lowest part of the column density distribution describes the turbulent molecular gas while the second peak corresponds to a compression zone induced by the expansion of the ionized gas into the turbulent molecular cloud. The condensations at the edge of the ionized gas have a steep compressed radial profile, sometimes recognizable in the flattening of the power-law tail. This could lead to an unambiguous criterion able to disentangle triggered from pre-existing star formation. In the context of the gravo-turbulent scenario for the origin of the CMF/IMF, the double peaked/enlarged shape of the PDF may impact the formation of objects at both the low-mass and the high-mass end of the CMF/IMF. In particular a broader PDF is required by the gravo-turbulent scenario to fit properly the IMF with a reasonable initial Mach number for the molecular cloud. Since other physical processes (e.g. the equation of state and the variations among the core properties) have already been suggested to broaden the PDF, the relative importance of the different effects remains an open question.

연구 동기 및 목표

• H II 영역의 이온화 피드백이 조밀한 분자 기체를 어떻게 압축하고 기체의 기둥 밀도 분포를 어떻게 변화시키는지 정량화하는 것.
• 기둥 밀도 PDF의 형태에 영향을 주는 이온화 압력과 난류 램 압력의 상대 기여를 조사하는 것.
• 관측된 PDF 형태가 촉발된 별 형성과 기존의 별 형성을 구별하는 데 진단 도구로 사용될 수 있는지 판단하는 것.
• 중력-난류 시나리오 내에서 이온화 압축이 초기 질량 함수(IMF) 형성에 어떤 역할을 하는지 평가하는 것.
• 명확하게 촉발된 핵 붕괴를 감지할 수 있는 관측 기준—반경 밀도 프로파일과 멱법칙 尾에 기반하여—을 규명하는 것.

제안 방법

• M16, 로제트, RCW120, 벨라 C 분자운에 대해 HOBYS 핵심 프로그램에서 확보한 허셜 기둥 밀도 맵을 확보하였다.
• 공심 기둥 밀도 PDF를 주로 이온화 원천 중심의 원형 영역에 대해 공간 해상도가 확보된 맵을 사용하여 계산하였다.
• PDF에 두 개의 로그노멀 분포(난류 기체 및 압축된 기체에 해당)와 고기둥 밀도에서 멱법칙을 조합하여 피팅하였다.
• 외부 압축의 징후를 식별하기 위해 압축 파am터(p1/p0)와 반경 밀도 프로파일의 진화를 분석하였다.
• 고기둥 밀도 픽셀과 이온화 전면 간의 공간 상관관계를 분석하여 잠재적 핵 붕괴 위치를 특정하였다.
• 자유 낙하(r⁻²) 대비 강제 붕괴에서 더 급격한 경향을 보이는 반경 프로파일 기준을 제안하여 촉발된 별 형성과 기존 별 형성을 명확히 구분하는 데 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 H II 영역에서 기인하는 이온화 압축은 분자운 내 기둥 밀도 PDF의 형태에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 PDF의 이중 피크 구조 형성에 기여하는 이온화 압력과 난류 램 압력의 상대 기여는 무엇인가?
• RQ3 PDF의 멱법칙 尾는 중력 수축과 관련이 있는가? 기울기는 핵 형성과 어떻게 관련되는가?
• RQ4 H II 영역 부근의 조밀한 응집체의 반경 밀도 프로파일은 촉발된 별 형성과 기존 별 형성을 어떻게 구별할 수 있는가?
• RQ5 이온화로 인한 압축이 PDF를 넓혀주는 정도는 중력-난류 시나리오에서 현실적인 IMF를 형성하는 데 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• H II 영역 환경 내에서의 기둥 밀도 PDF는 일관되게 이중 피크 또는 넓어진 로그노멀 형태를 보이며, 이는 난류 기체와 이온화 전면에서 압축된 기체라는 두 가지 구분되는 기체 성분이 있음을 나타낸다.
• PDF의 두 번째 피크는 이온화 압력에 의해 압축된 기체에 해당하며, 압축 파am터 p1/p0는 내측 영역에서 0.58에서 외측 디스크에서 0.09로 감소하여 이온화 원천에 가까울수록 더 강한 압축이 있음을 나타낸다.
• 모든 영역에서 고기둥 밀도에서 멱법칙 尾가 존재하며, 이는 중력 수축에 기인하며, 공간 PDF 맵에서 식별 가능한 단일 핵 붕괴 후보가 명확하게 보인다.
• 이온화 기체 가장자리에 위치한 조밀한 응집체는 뚜렷한 반경 밀도 프로파일을 보이며, 일반적으로 r⁻²보다 평탄한 경향을 보여, 자유 낙하가 아닌 강제 붕괴임을 시사하며, 이는 촉발된 형성 메커니즘을 지지한다.
• 이온화 압축에 의한 관측된 PDF 넓어짐은 중력-난류 시나리오와 관측된 IMF를 조율하는 데 기여할 수 있으며, 상태 방정식 또는 핵 성질의 변화와 같은 다른 효과와 조합될 경우 尤히 유용하다.
• 자유 낙하(r⁻²) 대비 더 급격한 기울기를 보이는 반경 프로파일 기준은 촉발된 별 형성을 명확히 식별할 수 있는 강력한 관측 도구로 제안되며, 이온화 피드백을 초월한 적용도 가능하다.