[논문 리뷰] Mass reservoirs surrounding massive infrared dark clouds: A view by near-infrared dust extinction

J. Kainulainen, J. Alves외 3명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 27.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 57인용 수 25

한 줄 요약

이 연구는 UKIDSS/Galactic Plane Survey 자료를 이용한 근적외선(NIR) 먼지 투과도 맵핑이 약 ~8 kpc 이내의 거리에서 거대 적외선 어두운 구름(IRDC) 둘레의 질량 저장소를 효과적으로 추적함을 보여준다. NIR 투과도와 CO, 8 μm, 그리고 밀리미터파 데이터를 결합함으로써 저자들은 IRDC 복합체가 전체 구름 질량의 약 5–10%를 조밀한 핵으로 가지고 있으며, 누적 열량 밀도 분포가 활성 성간 별 형성 영역(예: 오리온)과 유사하고, 침체된 구름보다 더 높은 밀도 물질 비율을 지닌다는 것을 밝혀냈다.

ABSTRACT

Context: Infrared Dark Clouds (IRDCs) harbor progenitors of high-mass stars. Little is known of the parental molecular clouds of the IRDCs. Aims: We demonstrate the feasibility of the near-infrared (NIR) dust extinction mapping in tracing the parental molecular clouds of IRDCs at the distances of D = 2.5 - 8 kpc. Methods: We derive NIR extinction maps for 10 prominent IRDC complexes using a color-excess mapping technique and NIR data from the UKIDSS/Galactic Plane Survey. We compare the resulting maps to the 13CO emission line data, to the 8 μm dust opacity data, and to the millimeter dust emission data. We derive distances for the clouds by comparing the observed NIR source densities to the Besancon stellar distribution model and compare them to the kinematic distance estimates. Results: The NIR extinction maps provide a view to the IRDC complexes over the dynamical range of Av = 2 - 40 mag, in spatial resolution of 30". The NIR extinction data correlate well with the 13CO data and probe a similar gas component, but also extend to higher column densities. The NIR data reveal a wealth of extended structures surrounding the dense gas traced by the 8 μm shadowing features and sub-mm dust emission, showing that the clouds contain typically > 10 times more mass than traced by those tracers. The IRDC complexes of our sample contain relatively high amount of high-column density material, and their cumulative column density distributions resemble active nearby star-forming clouds like Orion rather than less active clouds like California. Conclusions: NIR dust extinction data provide a new powerful tool to probe the mass distribution of the parental molecular clouds of IRDCs up to the distances of D = 8 kpc. This encourages for deeper NIR observations of IRDCs, because the sensitivity and resolution of the data can be directly enhanced with dedicated observations.

연구 동기 및 목표

• 최대 약 ~8 kpc의 거리에서 IRDC 주변의 모성 분자구름 질량 분포를 탐색하기 위해 근적외선 먼지 투과도 맵핑의 가능성을 평가하는 것.
• NIR 투과도 데이터를 13 CO, 8 μm, 그리고 870 μm 먼지 방출 데이터와 비교하여 다양한 열량 밀도 영역에서의 추적자 간의 일관성과 상호보완성을 평가하는 것.
• NIR 소스 수와 Besançon 항성 모델을 이용해 IRDC 복합체에 대한 신뢰할 수 있는 거리 추정치를 도출하고, 이 방법의 정확도를 은하계 거리에서 검증하는 것.
• IRDC 복합체의 전반적 질량 저장소와 열량 밀도 분포를 분석하여, 알려진 성간 별 형성 영역(오리온)과 침체된 영역(캘리포니아) 분자구름과 비교하는 것.
• NIR 투과도 맵핑을 IRDC 환경에서 낮은 열량 밀도에서 높은 열량 밀도에 이르기까지 전체 역학 범위의 기체 열량 밀도를 온도에 영향을 받지 않는 방법으로 맵핑하는 데 실용적임을 확립하는 것.

제안 방법

• 한정된 등급 K ≲ 19 등급을 가진 UKIDSS/Galactic Plane Survey 자료를 이용해 색-초과 기법을 통해 NIR 투과도 맵을 구축하였다.
• 공간 해상도 약 ~30 arcsec FWHM를 확보하고, 10개의 IRDC 복합체에서 A_V ≈ 2–40 mag의 역학 범위를 확보하였다.
• Boston University-FCRAO Galactic Ring Survey 자료에서 확보한 13 CO 방출선 데이터와의 교차 상관 분석을 통해 가스 성분을 식별하였다.
• Spitzer IRDC 캐탈로그의 8 μm 먼지 투과도 맵과 ATLASGAL 조사의 870 μm 먼지 방출 데이터와 결과를 비교하였다.
• 관측된 전경 항성 수를 Besançon 은하 항성 분포 모델과 비교하여 IRDC 복합체까지의 거리를 추정하였으며, 약 15%의 정확도를 확보하였다.
• 열량 밀도 분포를 통합하여 누적 질량 함수를 생성하고, 이들을 기준 영역(오리온 A 및 캘리포니아)과 비교하여 별 형성 활동 수준을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최대 약 ~8 kpc의 거리에서 NIR 먼지 투과도 맵핑이 IRDC 주변의 낮은 열량 밀도에서 중간 정도의 열량 밀도의 구조를 효과적으로 추적할 수 있는가?
• RQ2 NIR 투과도로 추적된 질량 저장소는 13 CO, 8 μm, 그리고 밀리미터파 먼지 방출로 추적된 것과 비교해 질량과 열량 밀도 분포에서 어떻게 다른가?
• RQ3 IRDC 복합체의 열량 밀도 분포는 활성(예: 오리온) 또는 침체된(예: 캘리포니아) 분자구름의 것과 어느 정도 유사한가?
• RQ4 NIR 투과도 맵핑이 항성 집단 모델과 결합될 경우 IRDC 복합체에 대한 신뢰할 수 있는 거리 추정치를 제공할 수 있는가?
• RQ5 전체 구름 질량 중 조밀한 IRDC 클러스터에 포함된 비율은 어떤가? 특히 확장된 낮은 열량 밀도 외곽에 비해 어떻게 다른가?

주요 결과

• NIR 먼지 투과도 맵핑은 UKIDSS/GPS 자료의 중간 정도의 깊이로도 약 ~30 arcsec 해상도를 확보하고 A_V ≈ 2–40 mag의 역학 범위에서 IRDC 복합체의 질량 분포를 성공적으로 추적하였다.
• NIR 투과도 맵핑은 IRDC 복합체가 일반적으로 전체 구름 질량의 약 5–10%를 조밀한 클러스터에 가지고 있으며, 나머지는 확장된 낮은 열량 밀도 외곽에 분포해 있음을 드러냈다.
• IRDC 복합체의 누적 열량 밀도 분포는 침체된 캘리포니아 구름보다 오리온 A와 같은 활성 성간 별 형성 영역과 더 유사하며, 높은 열량 밀도 물질의 상대적 비율이 높다는 것을 시사한다.
• NIR 투과도 데이터는 13 CO 방출과 양호한 상관관계를 보이며, CO가 N(H₂) ≳ 5–10×10²¹ cm⁻²에서 투과도가 두꺼워지기 시작하는 것보다 더 높은 열량 밀도까지 연장된다.
• 8 μm 및 밀리미터파 먼지 방출 추적자는 구름의 가장 조밀한 부분만을 추적하지만, NIR 투과도는 낮은 열량 밀도까지 연장되는 훨씬 넓은 질량 저장소를 드러낸다.
• NIR 소스 수와 Besançon 모델을 이용한 거리 추정치는 약 15%의 정확도를 확보하였으며, 이는 이 방법이 약 ~8 kpc까지 실용 가능함을 확인한다.