[논문 리뷰] Probing gas kinematics and PDR structure around O-type stars in Sh 2-305 HII region

N. K. Bhadari, L. K. Dewangan외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 09. 21.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 42인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 SOFIA의 [Cii] 158 µm 선 방출을 이용하여, Sh 2-305 HII 영역의 O형 항성 주변에서 두 개의 확장 중인 껍질 모양의 광분해영역(PDR)을 규명한다: 압축된 내부 껍질(~565 M⊙, vexp ~1.3 km s⁻¹)과 더 흐린 외부 껍질로, 이들은 순차적으로 형성된다. 껍질과 규칙적으로 간격을 두고 분포한 밀도 높은 클러스터 간의 운동학적 및 공간적 상관관계는 촉발된 별 형성에 대한 '모으고 붕괴시키기' 시나리오를 지지한다.

ABSTRACT

We report an observational study of the Galactic HII region Sh 2-305/S305 using the [CII] 158 $\mu$m line data, which are used to examine the gas dynamics and structure of photodissociation regions. The integrated [CII] emission map at [39.4, 49.5] km s$^{-1}$ spatially traces two shell-like structures (i.e., inner and outer neutral shells) having a total mass of $\sim$565 M$_\odot$. The inner neutral shell encompasses an O9.5V star at its centre and has a compact ring-like appearance. However, the outer shell is seen with more extended and diffuse [CII] emission, hosting an O8.5V star at its centre and surrounds the inner neutral shell. The velocity channel maps and position-velocity diagrams confirm the presence of a compact [CII] shell embedded in the diffuse outer shell, and both the shells seem to expand with $v_{ m exp}\sim$1.3 km s$^{-1}$. The outer shell appears to be older than the inner shell, hinting that these shells are formed sequentially. The [CII] profiles are examined toward S305, which are either double-peaked or blue-skewed and have the brighter redshifted component. The redshifted and blueshifted components spatially trace the inner and outer neutral shell geometry, respectively. The ionized, neutral, and molecular zones in S305 are seen adjacent to one another around the O-type stars. The regularly spaced dense molecular and dust clumps (mass $\sim$10-10$^{3}$ M$_{\odot}$) are investigated around the neutral shells, which might have originated due to gravitational instability in the shell of collected materials.

연구 동기 및 목표

• 은하수 HII 영역인 Sh 2-305의 거대 O형 항성 주변의 기체 운동학 및 PDR 구조를 조사하기 위해.
• [Cii] 방출로 추적된 중성 껍질의 역학 상태와 형성 순서를 규명하기 위해.
• [Cii] 껍질과 밀도 높은 먼지/분자 클러스터 간의 공간적 및 운동학적 관계를 검토하기 위해.
• 이 영역에서 촉발된 별 형성에 대해 '모으고 붕괴시키기' 메커니즘이 적용 가능한지 평가하기 위해.

제안 방법

• 39.4 km s⁻¹에서 49.5 km s⁻¹의 속도 범위에서 기체 운동학을 맵핑하기 위해 미공개된 SOFIA [Cii] 158 µm 선 데이터 분석.
• 껍질 구조와 확장 신호를 식별하기 위해 모멘트-0, 채널, 그리고 위치-속도(PV) 맵 제작.
• [Cii] 선 프로파일과 12CO/13CO(1–0) 선 프로파일을 비교하여 기체 운동학적 특징과 분자 기체 간의 상관관계 분석.
• 통합 방출과 표준 PDR 모델을 이용하여 중성 수소 열량 밀도 및 [Cii] 껍질의 총 질량 추정.
• Herschel 먼지 열량 밀도, Spitzer 적외선, FUGIN 분자 선 데이터와의 오버랩 및 공간 상관 분석.
• PV도에서 유도된 확장 속도를 이용하여 형성 시스케일과 순차적 껍질 형성 추론.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sh 2-305의 O형 항성 주변 PDR에서 명확하게 구분되는 확장 중인 중성 껍질이 존재하는가? 이들은 형태학적 및 운동학적으로 어떻게 다를까?
• RQ2 [Cii] 껍질의 확장 속도는 무엇이며, 이는 그들의 형성 시스케일과 순서에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 밀도 높은 먼지 및 분자 클러스터는 [Cii] 껍질과 이온화 기체와 공간적 및 운동학적으로 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ4 관측된 운동학적 및 구조적 특징은 이 영역에서 '모으고 붕괴시키기' 시나리오에 따른 촉발된 별 형성에 대한 지지를 받는가?

주요 결과

• 모멘트-0 맵에서 두 개의 명확한 껍질 모양의 구조가 확인된다: 압축된 강한 내부 고리 모양의 껍질과 더 흐린 외부 껍질.
• 두 껍질의 [Cii] 방출은 약 565 M⊙의 총 질량을 추적하며, 평균 중성 수소 열량 밀도는 약 ~5 × 10²⁰ cm⁻²이다.
• 속도 채널 맵과 위치-속도도는 압축된 내부 껍질이 더 흐린 외부 껍질 내부에 기하학적으로 내장되어 있으며, 둘 다 약 ~1.3 km s⁻¹의 속도로 확장 중임을 확인한다.
• 추정된 확장 시스케일은 내부 껍질에 대해 약 0.9 Myr, 외부 껍질에 대해 약 1.7 Myr이며, 이는 순차적 형성을 시사한다.
• 이중 피크 [Cii] 선 프로파일에서 강한 적색 이동 성분은 각각 내부 및 외부 껍질을 공간적으로 추적하며, 프로파일의 곡선 부분은 12CO/13CO(1–0) 선 피크와 일치한다.
• 규칙적으로 간격을 두고 분포한 거대한 먼지 및 분자 클러스터(10–10³ M⊙)는 [Cii] 껍질과 공간적 및 운동학적으로 정렬되어 있으며, 수집된 껍질 물질 내에서 중력 불안정성에 의해 기원한 것을 지지한다.