[논문 리뷰] Squeezed between shells? On the origin of the Lupus I molecular cloud. - II. APEX CO and GASS HI observations

B. Gaczkowski, V. Roccatagliata외 8명|UTAS Research Repository|2017. 10. 20.

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한 줄 요약

이 연구는 고해상도 APEX CO 및 GASS HI 관측을 분석하여 루푸스 I 분자운의 기원을 조사한다. 그 결과, 분자운의 운동학적 특성은 확장 중인 상부스코피우스 H I 쉘과 상부센터우스루푸스 바람 bubbles와 밀접하게 연결되어 있음을 밝혀냈다. 이는 두 대규모 구조의 상호작용 영역에서 외부 압축에 의해 유도된 쉘 불안정성에 의한 형성 시나리오를 지지하며, 비열역학적 속도 분산은 동적 응축을 시사한다.

ABSTRACT

[Abridged] The Lupus I cloud is found between the Upper-Scorpius and the Upper-Centaurus-Lupus sub-groups, where the expanding USco HI shell appears to interact with a bubble currently driven by the winds of the remaining B-stars of UCL. We investigate if the Lupus I molecular could have formed in a colliding flow, and how the kinematics of the cloud might have been influenced by the larger scale gas dynamics. We performed APEX 13CO and C18O observations of three parts of Lupus. We compare these results to the atomic hydrogen data from the GASS HI survey and our dust emission results presented in the previous paper. Based on the velocity information, we present a geometric model for the interaction zone between the USco shell and the UCL wind bubble. We present evidence that the molecular gas of Lupus I is tightly linked to the atomic material of the USco shell. The CO emission in Lupus I is found mainly at velocities in the same range as the HI velocities. Thus, the molecular cloud is co-moving with the expanding USco atomic Hi shell. The gas in the cloud shows a complex kinematic structure with several line-of-sight components that overlay each other. The non-thermal velocity dispersion is in the transonic regime in all parts of the cloud and could be injected by external compression. Our observations and the derived geometric model agree with a scenario where Lupus I is located in the interaction zone between the USco shell and the UCL wind bubble. The kinematics observations are consistent with a scenario where the Lupus I cloud formed via shell instabilities. The particular location of Lupus I between USco and UCL suggests that counter-pressure from the UCL wind bubble and pre-existing density enhancements, perhaps left over from the gas stream that formed the stellar subgroups, may have played a role in its formation.

연구 동기 및 목표

• 스코피우스-센터아우스 OB 연대군의 상부스코피우스(USco) 및 상부센터우스루푸스(UCL) 하위군 사이에 위치한 루푸스 I 분자운의 기원을 규명하기 위해.
• 특히 상부스코피우스 H I 쉘과 상부센터우스루푸스 바람 버블 간의 상호작용을 통해 충돌 흐름 메커니즘이 형성에 기여했는지 조사하기 위해.
• 고해상도 CO 및 HI 데이터를 사용하여 루푸스 I의 운동학적 구조를 분석하고, 외부 응축이 구름 형성에 미치는 역할을 평가하기 위해.
• 루푸스 I의 형성이 상부센터우스루푸스 바람 버블의 반압과 사전 존재하는 밀도 강화에 의해 유도되었을 가능성의 가설을 검증하기 위해.

제안 방법

• 루푸스 I의 세 개의 고유 영역에서 고각해상도 및 고스펙트럼 해상도의 운동학적 데이터를 확보하기 위해 APEX $^{13}$CO (2–1) 및 $^{18}$CO (2–1) 선 관측을 수행하였다.
• 분자 및 원자 가스 상의 공통 운동성과 상호작용 여부를 평가하기 위해 CO 발광 속도를 GASS 조사에서 확보한 원자수소(H I) 데이터와 비교하였다.
• CO 선형 프로파일에서 광학적 깊이($\tau_{18}$), 흥 excitiation 온도($T_{\mathrm{ex}}$), 및 H$_2$ 기둥 밀도를 유도하기 위해 복사전달 모델을 사용하였다.
• LTE 분석 및 선형 피팅 기법을 적용하여 선형 속도 성분을 분해하였으며, 스펙트럼에 대해 가우시안 피팅을 사용하였다.
• 분자 및 원자 가스의 속도 및 공간 일치성에 기반하여 상부스코피우스 쉘과 상부센터우스루푸스 바람 버블 간의 상호작용 영역에 기하학적 모델을 구축하였다.
• Opacity 확산을 보정하기 위해 $\tau_{18}/(1 - \exp(-\tau_{18}))$ 보정을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 루푸스 I 분자운은 확장 중인 상부스코피우스 H I 쉘과 운동학적으로 연관되어 있는가?
• RQ2 상부센터우스루푸스 바람 버블은 루푸스 I의 운동학적 특성과 구조에 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 루푸스 I에서 관측된 비열역학적 속도 분산은 주변 대규모 유동에 의한 외부 응축을 시사하는가?
• RQ4 루푸스 I의 복잡한 선형 방향 속도 성분은 상부스코피우스 쉘과 상부센터우스루푸스 버블 간의 상호작용 영역에서의 충돌 흐름 시나리오로 설명될 수 있는가?
• RQ5 사전 존재하는 밀도 강화는 루푸스 I 형성에 어떤 의미를 갖는가?

주요 결과

• 루푸스 I의 분자 가스는 상부스코피우스 H I 쉘과 함께 움직이며, CO 발광은 주로 $v_{\mathrm{LSR}} = 3$ 및 $6\,\mathrm{km\,s^{-1}}$ 사이의 적산 속도에서 관측되며, H I 속도 범위와 일치한다.
• 복잡한 운동학적 구조를 보이며, 여러 겹치는 선형 방향 성분을 포함하고 있어 동적 상호작용 및 가능성을 시사한다.
• 루푸스 I의 비열역학적 속도 분산은 초음속 영역에 위치해 있어 외부 응축이 Turbulence의 원인일 가능성을 시사한다.
• 상부스코피우스 쉘과 상부센터우스루푸스 바람 버블 간의 상호작용 영역 기하학적 모델은 관측된 운동학적 특성과 분자 및 원자 가스의 공간 분포와 일치한다.
• 루푸스 I의 형성은 상부센터우스루푸스 바람 버블의 반압과 은하간 매질 내 사전 존재하는 밀도 강화에 의해 유도된 쉘 불안정성에 의해 가장 잘 설명된다.
• 결과는 두 대규모 확장 구조의 접합면에서 응축이 발생하여 루푸스 I가 형성되었으며, 이는 충돌 흐름 모델과 일치하는 시나리오를 지지한다.