[논문 리뷰] Molecular globules in the Veil bubble of Orion. IRAM 30m 12CO, 13CO, and C18O 2-1 expanded maps of Orion A

J. R. Goicoechea, C. H. M. Pabst외 14명|Leiden Repository (Leiden University)|2020. 04. 27.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 104인용 수 10

한 줄 요약

이 연구는 오리온 A의 벨 버블에서 고해상도 IRAM 30m 12CO, 13CO 및 C18O (2-1) 맵을 제시하여 이온화된 쉘 내에 임bed된 블루시프트된 분자 구름을 규명한다. 혹독한 자외선 조건 속에서도 이 밀도가 높고 압력에 의해 둘러싸인 구름들(중간 n_H ≈ 4×10⁴ cm⁻³, M_g ≈ 0.3 M☉)은 충격파와 복사에 의해 형성된 일시적인 구조일 가능성이 있으며, 일부는 초기 피라미드 형성의 흔적을 보이거나 젊은 항성 물체를 수반하고 있어, 피드백이 극한 환경에서도 분자 핵을 유지할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Strong winds and ultraviolet (UV) radiation from O-type stars disrupt and ionize their molecular core birthplaces, sweeping up material into parsec-size shells. Owing to dissociation by starlight, the thinnest shells are expected to host low molecular abundances and therefore little star formation. Here, we expand previous maps taken with the IRAM 30m telescope and present square-degree 12CO and 13CO (J=2-1) maps of the wind-driven "Veil bubble'' that surrounds the Trapezium cluster and its natal Orion molecular core (OMC). Although widespread and extended CO emission is largely absent from the Veil, we show that several CO "globules'' exist and are embedded in the [CII]158um-bright shell that confines the bubble. This includes the first detection of quiescent CO at negative LSR velocities in Orion. Given the harsh UV irradiation conditions in this translucent material, the detection of CO globules is surprising. These globules are small (R=7,100 AU), not massive (M=0.3M_Sun), and are moderately dense: n_ H=4x10^4 cm^-3 (median values). They are confined by the external pressure of the shell, P_ext/k~10^7 cm^-3 K, and are likely magnetically supported. They are either transient objects formed by instabilities or have detached from pre-existing molecular structures, sculpted by the passing shock associated with the expanding shell and by UV radiation from the Trapezium. Some represent the first stages in the formation of small pillars, others of isolated small globules. Although their masses do not suggest they will form stars, one globule matches the position of a known YSO. The lack of extended CO in the "Veil shell'' demonstrates that feedback from massive stars expels, agitates, and reprocesses most of the disrupted molecular cloud gas, thereby limiting the star-formation rate in the region. The presence of globules is a result of this feedback.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 CO 전이를 사용하여 오리온 A의 벨 버블에서 분자 가스를 맵핑하여 거대 별의 피드백 영향을 이해하기.
• 벨 버블의 팽창하는 쉘 내에 임bed된 분자 구름의 물리적 조건과 운동을 조사하기.
• 이 구름들이 강력한 자외선 복사에 견디며 생존할 수 있는지, 또는 별 형성의 초기 단계 또는 일시적인 구조인지 확인하기.
• 외부 압력, 자기장, 난류가 구름을 봉인하고 형태를 형성하는 데 어떤 역할을 하는지 평가하기.
• 피드백 지배 영역에서 저질량 구름이 별 형성 효율에 어떤 영향을 미치는지 평가하기.

제안 방법

• 오리온 A의 17.5′×34.5′ 영역에서 IRAM 30m 전파망원경을 사용해 고해상도(11″) 12CO, 13CO 및 C18O (J=2-1) 선 방출 맵을 확보하였다.
• 국소 표준 시계(LSR) 속도가 음수인 블루시프트된 CO 구름을 식별하기 위해 속도 해상성 방출을 분석하였다. 이는 관측자 쪽으로의 운동을 나타낸다.
• 복사 전달 모델(PDR 모델)을 적용하여 [C ii] 158 μm, 12CO 및 13CO 선 방출을 피팅하고, 기체 밀도(n_H), FUV 복사율(G₀), 투과도(A_V)를 유도하였다.
• 선 너비에서 비열적 속도 분산(σ_turb)을 측정하여 난류 압력을 추정하고 열 압력과 비교하였다.
• 외부 압력(P_ext/k)은 비열적 압력과 열 압력의 비율로부터 추정되었으며, 높은 봉인 압력(≥10⁷ K cm⁻³)을 나타내었다.
• 이전 관측 자료로부터 자기장 강도를 추정하고, 자기장 지지에 필요한 압력(P_B ≈ P_ext)과 비교하여 자기장 봉인이 가능하다고 판단하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 오리온 A의 벨 버블의 자외선 조사된 팽창하는 쉘 내에 혹독한 환경 속에서도 분자 구름이 존재하는가?
• RQ2 이 구름들의 물리적 조건(밀도, 온도, FUV 복사율, 투과도)은 무엇이며, 표준 PDR 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 이 구름들이 중력 붕괴나 파괴로부터 안정화되기 위해 어떤 메커니즘이 작용하는가?
• RQ4 이 구름들이 별 형성을 수반할 수 있는가, 아니면 충격파와 복사에 의해 형성된 일시적인 특징인가?
• RQ5 거대 별의 피드백 과정이 분자 가스를 얼마나 많이 밀어내고 재처리하며, 지역의 별 형성 효율을 제한하는가?

주요 결과

• 이 연구는 오리온에서 음성 LSR 속도에서의 안정된 CO 방출을 최초로 보고하며, 블루시프트된 방출을 보이는 세 개의 CO 구름(번호 #1, #2, #3)을 규명하였다.
• 구름들은 중간 반경 R_g ≈ 7,100 AU, 질량 M_g ≈ 0.3 M☉, 중간 밀도 n_H ≈ 4×10⁴ cm⁻³를 가지며, 이는 작고 별 형성을 독립적으로 수행하기에는 충분히 질량이 없는 구름임을 시사한다.
• 외부 압력은 높았으며(P_ext/k ≳ 10⁷ K cm⁻³), 비열적 속도 분산(σ_turb ≈ 1.3 km s⁻¹ for C+, 0.5 km s⁻¹ for 13CO)은 초음속 난류를 나타내었으며, 비열적 압력이 열 압력보다 최대 10배까지 높았다.
• 약 100–200 μG의 자기장 강도는 구름을 자기적으로 지지하는 데 충분하며, 높은 비르발 파라미터(α ≫ 1)는 구름이 중력적으로 비결속되어 압력에 의해 봉인되어 있음을 확인한다.
• 이 구름들은 유체역학적 불안정성에 의해 형성되거나 사전 존재하던 구조에서 분리된 일시적인 구조일 가능성이 있으며, θ¹ Ori C의 충격파와 자외선 복사에 의해 형성되었다.
• 한 구름(G1)은 알려진 젊은 항성 물체(YSO)와 겹치며, 피드백 처리 영역 내에서 핵이 붕괴된 이후에 별 형성이 일어날 수 있음을 시사한다.