[논문 리뷰] The ALMA Survey of 70 μm Dark High-mass Clumps in Early Stages (ASHES). VIII. Dynamics of Embedded Dense Cores

Shanghuo Li, Patricio Sanhueza외 10명|arXiv (Cornell University)|2023. 04. 04.

Astronomy and Astrophysical Research인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 ALMA 관측을 통해 12개의 적외선 어두운 은하간 성운(IRDCs) 내 294개의 밀도 높은 핵을 분석하여 고질량 성형 메커니즘을 평가한다. 결과적으로, 형성 중인 핵은 형성 전 핵보다 더 강하게 중력적으로 결속되어 있으며, 형성 전 단계에서 형성 중 단계로의 전이 과정에서 난류가 유의미하게 증가하지 않음을 확인하여 '단위 클러스터 공급' 모델이 '핵 공급' 시나리오보다 더 타당하다고 지지한다.

ABSTRACT

We present the dynamical properties of 294 cores embedded in twelve IRDCs observed as part of the ASHES Survey. Protostellar cores have higher gas masses, surface densities, column densities, and volume densities than prestellar cores, indicating core mass growth from the prestellar to the protostellar phase. We find that ~80% of cores with virial parameter ($α$) measurements are gravitationally bound ($α$< 2). We also find an anti-correlation between the mass and the virial parameter of cores, with massive cores having on average lower virial parameters. Protostellar cores are more gravitationally bound than prestellar cores, with an average virial parameter of 1.2 and 1.5, respectively. The observed non-thermal velocity dispersion (from N$_{2}$D$^{+}$ or DCO$^{+}$) is consistent with simulations in which turbulence is continuously injected, whereas the core-to-core velocity dispersion is neither in agreement with driven nor decaying turbulence simulations. We find no significant increment in the line velocity dispersion from prestellar to protostellar cores, suggesting that dense gas within the core traced by these deuterated molecules is not yet severely affected by turbulence injected from outflow activity at the early evolutionary stages traced in ASHES. The most massive cores are strongly self-gravitating and have greater surface density, Mach number, and velocity dispersion than cores with lower masses. Dense cores have not significant velocity shifts relative to their low-density envelopes, suggesting that dense cores are co-moving with their envelopes. We conclude that the observed core properties are more in line with predictions of ``clump-fed" scenarios rather than with ``core-fed" scenarios.

연구 동기 및 목표

• 초기 단계의 고질량 성형 영역 내 임bed된 밀도 높은 핵의 역학적 성질을 조사하기 위해.
• 핵의 성질이 '핵 공급' 모델인지 '단위 클러스터 공급' 모델인지 판단하기 위해.
• 초기 핵 진화 단계에서 난류, 중력 수축, 핵-환경 운동의 역할을 평가하기 위해.
• 관측된 핵 역학을 구동되는 난류와 감쇠하는 난류의 이론적 시뮬레이션과 비교하기 위해.
• 핵 형성의 가장 초기 단계에서 물질 붕착과 피드백이 핵의 속도 분산에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 70 μm 어두운 IRDCs에서 고해상도 ALMA 데이터를 확보하여 임bed된 밀도 높은 핵을 식별하고 특성화하기 위해.
• N2D+ 및 DCO+ 선 방출에서 유래한 기체 질량, 크기, 속도 분산을 사용하여 핵의 비르탈 파라미터(α)를 측정하기 위해.
• 비열역학적 속도 분산과 핵 크기를 기반으로 난류 마흐 수를 계산하기 위해.
• 핵 간 속도 분산을 클러스터 스케일의 C18O 데이터와 비교하여 운동적 분리 여부를 평가하기 위해.
• 통계적 도구(예: LINMIX)를 적용하여 질량, 표면 밀도, 속도 분산 간의 상관관계를 분석하기 위해.
• 반경에 따른 선 폭 스케일링을 평가하여 다양한 척도에서 첫 번째 라슨 관계가 성립하는지 테스트하기 위해.

Figure 1: Panels (a)–(d) show the histograms of the peak column density ( $N_{\rm peak}$ (H 2 )), gas mass ( $M_{\rm gas}$ ), surface density ( $\Sigma_{\rm H_{2}}$ ), and volume density ( $n_{\rm H_{2}}$ ) for the prestellar and protostellar cores. The black and red dashed vertical lines indicate t

실험 결과

연구 질문

• RQ1 형성 중 핵은 형성 전 핵보다 더 강하게 중력적으로 결속되어 있는가? 질량에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ2 형성 전 단계에서 형성 중 단계로의 전이 과정에서 난류가 유의미하게 증가하는가? 이는 외부 분출에 의한 피드백을 시사하는가?
• RQ3 밀도 높은 핵들은 낮은 밀도의 환경과 운동적으로 함께 움직이거나, 구심 운동을 하는가?
• RQ4 관측된 핵 역학은 '핵 공급' 모델과 '단위 클러스터 공급' 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 중력 수축이 형성 중 핵에서 선 폭에 주요 기여를 하는가?

주요 결과

• 비르탈 파라미터 측정치가 있는 핵의 약 80%는 중력적으로 결속되어 있다(α < 2), 형성 중 핵의 평균 α는 1.2, 형성 전 핵은 α = 1.5이다.
• 질량이 큰 핵은 평균적으로 더 낮은 비르탈 파라미터를 보이며, 더 강한 자기중력 작용을 나타내며, 덜 질량이 큰 핵보다 더 높은 표면 밀도, 마흐 수, 속도 분산을 보인다.
• 형성 전 핵에서 형성 중 핵으로의 전이 과정에서 선 폭 속도 분산에 유의미한 증가가 없음을 확인하여, 디우테리움 화합물이 아직 외부 분출에 의한 난류에 크게 영향을 받지 않은 기체를 추적하고 있음을 시사한다.
• 핵 간 속도 분산은 지속적으로 주입되는 난류의 시뮬레이션과 일치하지만, 핵의 속도 분산은 구동 또는 감쇠하는 난류 모델과 일치하지 않는다.
• 밀도 높은 핵은 낮은 밀도 환경(C18O)과 비교해 작은 속도 이동을 보이며, 구심 운동을 하고 있음을 시사한다.
• 첫 번째 라슨 관계(속도 분산 대 크기)는 GMC에서 핵 스케일까지 성립하며, 관측된 역학은 '핵 공급' 난류 붕착 모델과 일치하지 않지만, 경쟁적 붕착 및 전역 계층적 붕괴와 같은 '단위 클러스터 공급' 모델과 부분적으로 일치한다.

Figure 2: Examples of spectra of C 18 O, N 2 D + , and DCO + for five selected cores in the G14.49. The results of best fit are overlaid on the spectra as red curves.