[논문 리뷰] Results of the ESO-SEST Key Programme on CO in the Magellanic Clouds X. CO emission from star formation regions in LMC and SMC

F. P. Israel, L. E. B. Johansson외 8명|arXiv (Cornell University)|2003. 06. 02.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 19인용 수 44

한 줄 요약

이 연구는 대마젤란운성과 소마젤란운성의 13개 성성영역에서 고해상도 CO (J=1–0 및 J=2–1) 지도를 제시하며, 분자의 구름이 일반적으로 작고(20 pc), 고립되어 있으며, 그들이 연결된 HII 영역보다 훨씬 작다는 것을 드러낸다. 주요 발견은 CO-¹³CO 강도비가 약 10에 집중되어 있어, 낮은 중성도와 강한 자외선 복사로 인해 CO 농도가 낮음을 시사하며, 낮은 강도에서 비율이 높아지는 것은 구름 가장자리에서 CO 광분해가 일어나고 있음을 나타낸다.

ABSTRACT

We present J=1-0 and J=2-1 12CO maps of several star-forming regions in both the Large and the Small Magellanic Cloud, and briefly discuss their structure. Many of the detected molecular clouds are relatively isolated and quite small with dimensions of typically 20 pc. Some larger complexes have been detected, but in all cases the extent of the molecular clouds sampled by CO emission is significantly less than the extent of the ionized gas of the star-formation region. Very little diffuse extended CO emission was seen; diffuse CO in between or surrounding the detected discrete clouds is either very weak or absent. The majority of all LMC lines of sight detected in 13CO has an isotopic emission ratio I(12CO)/I(13CO) of about 10, i.e. twice higher than found in Galactic star-forming complexes. At the lowest 12CO intensities, the spread of isotopic emission ratios rapidly increases, low ratios representing relatively dense and cold molecular gas and high ratios marking CO photo-dissociation at cloud edges.

연구 동기 및 목표

• 저중성도, 고복사 조건에서의 성간물질을 연구하기 위해 대마젤란운성과 소마젤란운성의 성성영역에서 분자의 CO 복사 영역을 맵핑하기.
• 분자의 구름(12CO로 추적됨)과 이온화된 HII 영역 사이의 공간적 관계를 규명하기.
• 저중성도 환경에서 CO 농도, 광학 두께, 광분해의 산란자로서의 CO-¹³CO 강도비를 조사하기.
• 은하수와의 비교에서 마젤란운성에서의 CO-H₂ 변환요소(X)의 신뢰성을 평가하기.
• 희박하고 낮은 밀도 영역에서 CO 선비율을 해석할 때 비드 필링 요소와 복사전달의 역할을 이해하기.

제안 방법

• 대마젤란운성과 소마젤란운성의 13개 HII 영역에서 SEST 망원경을 사용해 12CO J=1–0 및 J=2–1 전이의 고해상도(40'') 맵핑.
• 통합강도 지도와 위치-속도 컷을 사용해 구름의 형태, 범위, 운동학적 특성을 분석하기.
• CO 농도와 광학 두께 영향을 추론하기 위해 다양한 강도 영역에서 이소토프 강도비 I(12CO)/I(13CO)를 계산하기.
• 국소 열역학적 평형(LTE)을 가정한 복사전달 모델을 적용하여 관측된 선비율을 해석하기, 다양한 광학 두께와 비드 필링 요소를 고려함.
• 관측된 CO 선비율을 이론 모델과 비교하여 저CO 농도와 이소토프 비드 필링 효과의 차이를 구분하기.
• 특히 13CO 탐지의 저강도 영역에서 편향을 피하기 위해 신호대비노이즈 비율 기반으로 소스를 선별하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마젤란운성의 CO 복사 영역을 보이는 분자구름의 크기와 형태는 그들이 연결된 HII 영역의 범위와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 관측된 I(12CO)/I(13CO) 강도비는 무엇을 원인으로 하는가, 특히 약 10에 집중되어 있고 저강도에서 산산이 흩어지는가?
• RQ3 12CO와 13CO 간의 비드 필링 요소와 광학 두께의 차이가 저중성도 환경에서 이소토프 선비율을 해석하는 데 얼마나 기여하는가?
• RQ4 마젤란운성의 CO-H₂ 변환요소(X)는 은하수의 값과 어떻게 비교되는가, 그리고 이는 총 분자질량 추정치에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ5 CO 광분해가 분자구름 외곽부의 이소토프 선비율 분포를 어떻게 형성하는가?

주요 결과

• 대마젤란운성과 소마젤란운성의 대부분의 CO 복사 영역을 보이는 구름은 작고, 일반적인 크기가 20 pc이며, 그것들이 연결된 이온화된 HII 영역보다 훨씬 작다.
• 12CO/13CO 강도비의 대부분은 약 10이며, 이는 마젤란운성에서 은하수보다 CO 농도가 낮음을 시사하며, 낮은 중성도와 높은 복사장과 일치한다.
• 낮은 12CO 강도에서 이소토프 비율이 증가하는 것은 금속 농도가 낮은 환경에서 보호가 부족하여 구름 가장자리에서 CO 광분해가 강하게 일어나고 있음을 시사한다.
• 낮은 강도에서 낮은 이소토프 비율은 광분해 영향을 덜 받는 밀도가 높고 차가운 기체로 기인하며, 이는 구름 내에서 다양한 물리 조건이 존재함을 나타낸다.
• 관측된 선비율 J=2–1/J=1–0은 약 1.2이며, 낮은 흥분 온도와 중간 광학 두께와 일치한다.
• 희박하고 확장된 CO 복사 영역이 부족한 것은 대부분의 분자기체가 산만하고 조밀한 덩어리에 집중되어 있음을 시사하며, 이는 일반적으로 광자에 의해 영향을 받는 영역(PDRs) 내에 존재할 가능성이 높다. 이는 CO 관측이 총 분자질량을 과소평가할 수 있음을 암시한다.