[논문 리뷰] Results of the ESO-SEST Key Programme on CO in the Magellanic Clouds. IX. The giant LMC HII region complex N11

F. P. Israel, Th. de Graauw외 8명|arXiv (Cornell University)|2002. 11. 20.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 17인용 수 20

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운성의 N11 HII 영역 복합체를 CO(1-0), CO(2-1), 및 13CO(1-0) 전이를 사용하여 맵핑하여, OB 연관성 LH 9 주변의 고리 구조와 북동쪽 고리에서 29개의 분자운을 식별하였다. 고리 영역은 극도로 높은 CO-to-H2 변환 인자와 함께 극단적인 광자에 의해 영향을 받는 영역(PDR) 특성을 보이며, CO로 추적되지 않는 상당한 미관측 다량 분자 기체가 존재함을 시사한다. 반면 고리의 북동쪽 봉우리 영역은 간격 간의 복사가 최소이며 처리 정도가 낮아 안정된 조건을 나타낸다.

ABSTRACT

We present maps and a catalogue containing the J=1-0 12CO parameters of 29 individual molecular clouds in the second-brightest LMC star formation complex, N11. In the southwestern part of N11, molecular clouds occur in a ring or shell surrounding the major OB star association LH9. In the northeastern part, a chain of molecular clouds delineates the rim of one of the so-called supergiant shells in the LMC. The well-defined clouds have dimensions close to those of the survey beam (diameters of 25 pc or less). Some of the clouds were also observed in J=2-1 12CO, and in the lower two transitions of 13CO. Clouds mapped with a twice higher angular resolution in J=2-1 12CO show substructure with dimensions once again comparable to those of the mapping beam. The few clouds for which we could model physical parameters have fairly warm (T(kin) = 60 - 150 K) and moderately dense (n(H2) = 3000 cm-3) gas. The northeastern chain of CO clouds, although lacking in diffuse intercloud emission, is characteristic of the more quiescent regions of the LMC and appears to have been subject to relatively little photo-processing. The clouds forming part of the southwestern shell or ring, however, are almost devoid of diffuse intercloud emission and also exhibit other characteristics of an extreme photon-dominated region (PDR).

연구 동기 및 목표

• 대마젤란운성의 N11 HII 영역 복합체 내 분자 기체의 분포 및 물리적 성질을 맵핑하는 것.
• 특히 OB 연관성 LH 9 주변의 고리와 북동쪽 봉우리 영역에서의 분자 기체 성질을 조사하는 것.
• CO-to-H2 변환 인자를 결정하고, 간격 내 미관측 다량 기체 기체의 존재 여부를 평가하는 것.
• 고리 영역(극단적인 PDR 지배)과 봉우리 영역(안정 상태)의 분자운 물리 조건 및 진화 상태를 비교하는 것.
• OB 연관성의 자외선 복사가 분자운의 구조 및 기체 처리에 미치는 영향을 평가하는 것.

제안 방법

• 11 pc beam 해상도를 가진 SEST 망원경을 사용하여 N11 복합체의 CO(1-0) 조사 수행.
• 일부 구름에 대해 공간 해상도 향상 및 에너지 조건 평가를 위해 추가로 CO(2-1) 및 13CO(1-0) 선 데이터 확보.
• 자기중력이 지배한다고 가정하여 선 폭과 크기를 기반으로 비틀림 정리( virial theorem )를 사용해 구름 질량 추정.
• CO 빛의 세기에서 H2 질량으로의 변환 인자(X)를 적용하여 총 분자 수소 질량 추정하고, 관측된 값과 기대값 비교.
• CO 복사의 공간 분포 및 운동학적 특성을 분석하여 밀도 높은 구름과 희박한 간격 기체를 구분.
• 개별 구름의 CO 빛의 세기 합계를 전체 복합체 복사와 비교하여 누락된 희박한 CO 복사 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 N11 HII 영역 복합체 내 분자 기체의 공간 분포 및 형태는 어떻게 되며, OB 연관성과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 N11의 고리 영역과 봉우리 영역 간의 개별 분자운 물리 조건(온도, 밀도, 질량)은 어떻게 다름?
• RQ3 검출된 CO 구름 간의 간격에 얼마나 많은 희박한 분자 기체가 존재하는가? 이는 고리 영역과 봉우리 영역에서 어떻게 다름?
• RQ4 왜 고리 영역의 CO-to-H2 변환 인자가 개별 구름보다 현저히 높은가? 이는 기체 처리에 대해 어떤 의미를 갖는가?
• RQ5 N11 내 총 분자 수소 질량은 얼마이며, PDR 효과로 인해 CO 복사로는 관측되지 않는 기체는 얼마나 되는가?

주요 결과

• N11 복합체 내에서 29개의 개별 분자운이 식별되었으며, 대부분의 구름은 지름 ≤25 pc이고 질량은 0.5×10⁴에서 7.5×10⁴ M⊙ 사이이며 평균 질량은 2.5×10⁴ M⊙이다.
• 북동쪽 봉우리 영역은 태양권 주변보다 25% 뿐 높은 CO-to-H2 변환 인자를 보이며, 광화학 처리가 최소이고 안정된 조건임을 시사한다.
• 서남쪽 고리 영역은 개별 구름보다 5±2 배 높은 CO-to-H2 변환 인자를 보이며, 극단적인 PDR 조건과 함께 상당한 미관측 다량 기체 기체 존재를 시사한다.
• 봉우리 영역의 총 분자 질량은 CO 데이터로부터 ≥2.2×10⁵ M⊙로 추정되나, 총 H2 질량은 ≈5.5×10⁵ M⊙로 추정되어 최소 3.3×10⁵ M⊙의 미관측 H2 기체가 존재함을 시사한다.
• 고리 영역의 총 H2 질량은 ≈16.5×10⁵ M⊙이며, CO 복사 기록된 구름에 의해 3.2×10⁵ M⊙가 설명되며, 최소 13.3×10⁵ M⊙의 미관측 H2 기체가 존재함을 시사한다. 이는 원자 수소 질량의 두 배 이상이다.
• 전반적으로 희박한 간격 CO 복사는 최소이지만, 고리 영역은 최소 0.5×10⁴ K km s⁻¹ pc²의 미관측 CO 빛의 세기를 지닐 가능성이 있으며, 이는 PDR 환경에서 미측정 기체 기체가 풍부함을 일관되게 뒷받침한다.