[논문 리뷰] Squeezed between shells? On the origin of the Lupus I molecular cloud. APEX/LABOCA, Herschel, and Planck observations

B. Gaczkowski, T. Preibisch외 8명|CINECA IRIS Institutial research information system (University of Pisa)|2015. 09. 24.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 74인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 APEX/LABOCA, 허셀 및 플랑크 관측을 통해 루푸스 I 분자운의 기원을 조사하여, 상층 스코르피우스 H I 껍질과 상층 세타우루스-루푸스 바람 bubbles 사이의 대규모 압축에 의해 형성되었음을 밝혀냈다. 이 구름의 기하학적 형태, 이중 피크(column density) PDF, 중심-남부 지역의 활발한 항 星 형성(15개의 전성성 및 원형성 핵총 약 8 M☉)은 이러한 압축에 의한 형성 메커니즘을 지지하며, 전체 질량의 약 5%인 약 164 M☉가 조밀한 핵으로 존재한다.

ABSTRACT

The Lupus I cloud is found between the Upper-Scorpius (USco) and the Upper-Centaurus-Lupus (UCL) sub-groups of the Sco-Cen OB-association, where the expanding USco H I shell appears to interact with a bubble currently driven by the winds of the remaining B-stars of UCL.We want to study how collisions of large-scale interstellar gas flows form and influence new dense clouds in the ISM.We performed LABOCA continuum sub-mm observations of Lupus I that provide for the first time a direct view of the densest, coldest cloud clumps and cores at high angular resolution.We complemented those by Herschel and Planck data from which we constructed column density and temperature maps.We calculated PDFs to characterize the density structure of the cloud.The northern part of Lupus I is found to have on average lower densities and higher temperatures as well as no active star formation.The center-south part harbors dozens of pre-stellar cores where density and temperature reach their maximum and minimum, respectively.Our analysis of the column density PDFs from the Herschel data show double peak profiles for all parts of the cloud which we attribute to an external compression.In those parts with active star formation, the PDF shows a power-law tail at high densities.The PDFs we calculated from our LABOCA data trace the denser parts of the cloud showing one peak and a power-law tail.With LABOCA we find 15 cores with masses between 0.07 and 1.71 Msun and a total mass of ~8 Msun.The total gas and dust mass of the cloud is ~164 Msun and hence 5% of the mass is in cores.From the Herschel and Planck data we find a total mass of ~174 Msun and ~171 Msun, respectively.The position, orientation and elongated shape of Lupus I, the double peak PDFs and the population of pre-stellar and protostellar cores could be explained by the large-scale compression from the advancing USco H I shell and the UCL wind bubble.

연구 동기 및 목표

• 스코르피우스-세타우루스 OB-연합의 두 하위군 사이에 위치한 루푸스 I 분자운의 기원을 이해하기 위해
• 별의 피드백에 의해 유도되는 대규모 간성가스 유동이 어떻게 분자운 형성의 압축과 촉발을 일으키는지 조사하기 위해
• 루푸스 I의 형태, 밀도 구조, 항 星 형성 활동이 확장되는 껍질에 의한 외부 압축으로 설명될 수 있는지 판단하기 위해
• 다중 파장 관측에서 유도된 열량 밀도 확률분포함수(PDFs)를 사용하여 루푸스 I의 밀도 구조를 특성화하기 위해
• 상층 스코르피우스 H I 껍질과 상층 세타우루스-루푸스 바람 bubbles가 구름의 형성과 항 星 형성 유도에 미치는 역할을 평가하기 위해

제안 방법

• 루푸스 I의 가장 조밀하고 차가운 덩어리와 핵을 맵핑하기 위해 고해상도 APEX/LABOCA 밀리미터파 연속관측을 수행하였다.
• LABOCA 데이터를 허셀 및 플랑크 관측으로 보완하여 고다이나믹 레인지의 열량 밀도 및 온도 맵을 제작하였다.
• 허젤 및 LABOCA 데이터에서 유도된 열량 밀도 PDF를 구성하여 구름의 밀도 구조를 분석하고, 안정된 영역과 활성 영역을 구분하였다.
• 열량 밀도 임계치(N_H2 > 10^21 cm⁻²)를 사용하여 LABOCA, 허셀, 플랑크 데이터로부터 총 기체 및 먼지 질량을 계산하였다.
• LABOCA 데이터에서 전성성 및 원형성 핵을 식별하고 질량 및 공간 분포를 특성화하였다.
• 관측된 PDF 및 핵 분포를 껍질 압축 및 난류 흐름 충돌 이론 모델과 비교하여 형성 메커니즘을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 루푸스 I 분자운의 형태와 방향은 확장되는 상층 스코르피우스 H I 껍질과 상층 세타우루스-루푸스 바람 bubbles 사이의 압축에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 대규모 간성가스 유동과 별의 피드백은 루푸스 I의 조밀한 분자핵 형성에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 허젤 및 LABOCA 데이터에서 유도된 열량 밀도 PDF는 외부 압축과 활발한 항 星 형성을 어떻게 반영하는가?
• RQ4 전체 구름 질량 중 조밀한 전성성 및 원형성 핵에 포함된 비율은 얼마이며, 이는 구름의 다양한 영역에서 어떻게 변화하는가?
• RQ5 관측된 이중 피크 PDF 프로파일과 고밀도 영역에서의 파워-법칙 尾는 내부 난류 또는 자중력이 아닌 외부 압축에 기인한 것인가?

주요 결과

• 루푸스 I의 북부 지역은 낮은 밀도, 높은 온도, 활발한 항 星 형성이 없으며, 중심-남부 지역은 최대 밀도와 최소 온도를 보이는 수십 개의 전성성 및 원형성 핵을 포함하고 있다.
• 허젤 열량 밀도 PDF는 전체 구름에서 이중 피크 프로파일을 보이며, 대규모 압축을 나타내며, 중심-남부 지역의 파워-법칙 尾는 활발한 항 星 형성과 관련되어 있다.
• LABOCA에서 유도된 PDF는 중심-남부 지역과 전체 구름에서 단일 로그노멀 피크와 파워-법칙 尾를 보이며, 이는 압축과 지속적인 항 星 형성과 일치한다. 반면 북부 지역은 오직 로그노멀 분포만을 보인다.
• APEX/LABOCA는 질량이 0.07에서 1.71 M☉ 사이인 15개의 조밀한 핵을 식별하였으며, 총 질량은 약 8 M☉로 전체 기체 및 먼지 질량 약 164 M☉의 약 5%를 차지한다.
• 허젤 및 플랑크의 전체 구름 질량 추정치(N_H2 > 10^21 cm⁻²)는 각각 약 174 M☉ 및 171 M☉로, 오차 범위 내에서 LABOCA 질량 추정치를 확인한다.
• 루푸스 I의 위치, 기하학적 형태, 이중 피크 PDF, 핵 집합은 상층 스코르피우스 H I 껍질과 UCL 바람 bubbles의 압축에 의해 가장 잘 설명되며, 이 압축 사건은 약 1–2 Myr 전에 발생했을 가능성이 높다.