[논문 리뷰] Kinematic structure of massive star-forming regions - I. Accretion along filaments

J. Tackenberg, H. Beuther외 9명|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|2014. 01. 31.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 81인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 질량이 큰 성간 영역의 운동학적 구조를 N₂H⁺ 선 데이터와 허셜 PACS 및 SPIRE 적외선 관측을 결합하여 조사한다. 세 개의 필라멘트가 필라멘트를 따라 질량 유입을 나타내는 가속 흐름과 일치하는 속도 기울기를 보이며, 밀도가 높은 덩어리로 지속적인 질량 유입이 일어나고 있음을 시사한다. 반면, 속도 폭은 주로 외출류와 해상도가 낮은 속도 기울기로 결정된다.

ABSTRACT

The mid- and far-infrared view on high-mass star formation, in particular with the results from the Herschel space observatory, has shed light on many aspects of massive star formation. However, these continuum studies lack kinematic information. We study the kinematics of the molecular gas in high-mass star-forming regions. We complemented the PACS and SPIRE far-infrared data of 16 high-mass star-forming regions from the Herschel key project EPoS with N2H+ molecular line data from the MOPRA and Nobeyama 45m telescope. Using the full N2H+ hyperfine structure, we produced column density, velocity, and linewidth maps. These were correlated with PACS 70micron images and PACS point sources. In addition, we searched for velocity gradients. For several regions, the data suggest that the linewidth on the scale of clumps is dominated by outflows or unresolved velocity gradients. IRDC18454 and G11.11 show two velocity components along several lines of sight. We find that all regions with a diameter larger than 1pc show either velocity gradients or fragment into independent structures with distinct velocities. The velocity profiles of three regions with a smooth gradient are consistent with gas flows along the filament, suggesting accretion flows onto the densest regions. We show that the kinematics of several regions have a significant and complex velocity structure. For three filaments, we suggest that gas flows toward the more massive clumps are present.

연구 동기 및 목표

• 질량이 큰 성간 영역의 운동학적 구조를 이해하고, 특히 고질량 성간 형성에서 필라멘트 구조를 띤 기체 흐름의 역할을 규명한다.
• 기존의 허셜 적외선 연속분포 연구에서 고질량 성간 형성에 대한 운동학적 정보의 부족을 해결한다.
• 분자의 기체에서 관측된 속도 기울기와 속도 폭의 변동이 가속 흐름, 외출류 또는 분열에 의해 유도되는지 규명한다.
• 기체가 필라멘트를 따라 흐르는 흐름이 밀도가 높은 덩어리로 가속 흐름과 일치하는 영역를 식별한다.

제안 방법

• MOPRA와 노베야마 45m 전파망원경에서 확보한 N₂H⁺ 초미세구조 선 데이터를 허셜 PACS 및 SPIRE 적외선 광도측정 데이터와 융합한다.
• 전체 N₂H⁺ 초미세구조 분석을 통해 기둥 밀도, 도전 속도, 속도 폭의 공간 해상도 지도를 제작한다.
• N₂H⁺ 운동학적 지도를 70 μm PACS 이미지 및 점원소와 연관시켜 내장된 주성간 원시별과의 연관성을 확인한다.
• 속도 기울기를 식별하고, 필라멘트 구조와의 공간적 정렬을 분석하여 유동 패턴을 추론한다.
• ATLASGAL 870 μm 데이터에 CLUMPFIND를 적용하여 덩어리 집단을 추출하고, 덩어리 질량과 기둥 밀도를 추정한다.
• 속도 폭의 변동을 평가하고, 외출류 활동 및 SiO 방출과의 상관관계를 분석하여 역학적 기여를 분리한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 질량이 큰 성간 영역에서 관측된 속도 기울기는 필라멘트를 따라 기체 가속 흐름과 일치하는가?
• RQ2 덩어리 척도에서 속도 폭의 변동은 무엇에 기인하는가—외출류, 난류, 또는 해상도가 낮은 속도 기울기인가?
• RQ3 내장된 주성간 원시별(PACS 점원소 존재)가 있는 덩어리의 운동학적 특성은 어떤가?
• RQ4 필라멘트 내의 속도 구조는 전반적인 수축 또는 局부적 가속 흐름 과정을 어느 정도 반영하는가?
• RQ5 활성 외출류가 있는 영역와 없는 영역에서, IRDC와 질량이 큰 덩어리의 운동학적 특징은 어떻게 다를까?

주요 결과

• IRDC 18223, G28.34, IRDC 18454의 세 개의 질량이 큰 성간 영역에서 필라멘트를 따라 부드러운 속도 기울기가 관측되었으며, 이는 밀도가 높은 덩어리로 향하는 가속 흐름과 일치한다.
• 1 pc 이상의 직경을 가진 모든 영역에서 속도 기울기 또는 분열된 별개의 속도 성분이 관측되어 복잡한 운동학적 구조를 나타낸다.
• 덩어리 척도에서의 속도 폭은 주로 외출류와 해상도가 낮은 속도 기울기로 결정되며, SiO 방출을 보이는 덩어리는 상당히 증가된 속도 폭을 보인다.
• IRDC 18454는 다른 영역보다 평균 속도 폭이 두 배로, W43 미니은하수폭발 영역에 위치해 있어 난류 강도가 높거나 다수의 속도 성분이 존재할 가능성이 있다.
• PACS 점원소가 있는 덩어리는 그렇지 않은 덩어리보다 보다 낮은 비율의 비틀림 계수(α)를 보이며, 더 높은 질량 농도와 더 이른 성간 형성 단계를 나타내며, 경쟁적 가속 흐름 또는 더 이른 형성 시점 때문일 수 있다.
• 운동학적 데이터는 필라멘트가 지속적인 가속 흐름을 통해 밀도가 높은 덩어리에 질량을 공급하는 역동적 성간 형성 시나리오를 지지한다. 다만 초기 유동의 기원은 아직 불확실하다.