[논문 리뷰] The Initial Conditions of Stellar Protocluster Formation: III. The Herschel counterparts of the Spitzer Dark Cloud catalogue

N. Peretto, C. Lenfestey외 5명|Research Explorer (The University of Manchester)|2016. 02. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 29인용 수 18

한 줄 요약

이 연구는 허셀 Hi-GAL 160 및 250 μm 데이터를 사용하여 스피처 어둠진운(SDC) 목록을 검증하고, H₂ 기수 밀도 최고점들을 통해 실제 적외선 어둠진운(IRDC)을 식별한다. 연구 결과, SDC의 76% ± 19%가 실제 존재하며, 이는 큰 어둠진운에 대해서는 55% ± 12%로 감소함을 확인하였으며, 중간 적외선 배경 변동성으로 인한 오염을 해결하고 은하계 스케일의 별 형성 연구에 유의미한 샘플을 확보하였다.

ABSTRACT

Galactic plane surveys of pristine molecular clouds are key for establishing a Galactic-scale view of the earliest stages of star formation. For this reason Peretto & Fuller (2009) built an unbiased sample of IRDCs in the 10 deg < |l| < 65 deg, |b|<1 deg region of the Galactic plane using Spitzer 8micron extinction. However, in absorption studies, intrinsic fluctuations in the mid-infrared background can be mis-interpreted as foreground clouds. The main goal of the study presented here is to disentangle real clouds in the Spitzer Dark Cloud (SDC) catalogue from artefacts due to fluctuations in the mid-infrared background. We constructed H_2 column density maps at ~18" resolution using the 160micron and 250micron data from the Herschel Galactic plane survey Hi-GAL. We also developed an automated detection scheme that confirms the existence of a SDC through its association with a peak on these Herschel column density maps. Detection simulations, along with visual inspection of a small sub-sample of SDCs, have been performed to get better insight into the limitations of our automated identification scheme. Our analysis shows that 76(+/-19)% of the catalogued SDCs are real. This fraction drops to 55(+/-12)% for clouds with angular diameters larger than ~1 arcminute. The contamination of the PF09 catalogue by large spurious sources reflect the large uncertainties associated to the construction of the 8micron background emission, a key stage towards the identification of SDCs. A comparison of the Herschel confirmed SDC sample with the BGPS and ATLASGAL samples shows that SDCs probe a unique range of cloud properties, reaching down to more compact and lower column density clouds than any of these two (sub-)millimetre Galactic plane surveys.

연구 동기 및 목표

• 스피처 어둠진운(SDC) 목록에서 중간 적외선 배경 변동성으로 인한 가짜 소스와 실제 적외선 어둠진운(IRDC)을 구분하기 위해.
• 은하계 스케일의 별 형성 초기 조건 연구에 적합한 PF09 SDC 목록의 신뢰성을 평가하기 위해.
• 허셀 Hi-GAL 160 및 250 μm 데이터를 사용하여 고해상도 H₂ 기수 밀도 지도를 구성하고, 이를 통해 실제 SDC를 식별하기 위해.
• 특히 큰 천체 천정 크기의 구조물에 대해 배경 발광 변동성으로 인한 SDC 목록의 오염 비율을 정량화하기 위해.
• 박막하고 극히 낮은 기수 밀도를 가진 시스템까지 포함하는 고유한 구름 특성 범위를 탐색하는 허셀 확인 SDC 샘플을 확립하기 위해.

제안 방법

• 허셀 Hi-GAL 관측 데이터의 160 μm/250 μm 밝기 비율을 사용하여 약 18″ 해상도의 H₂ 기수 밀도 지도를 구축하였다.
• 허셀 기수 밀도 지도의 피크와 연관된 소스를 식별함으로써 SDC를 자동으로 탐지하는 방법을 개발하였다.
• 탐지 시뮬레이션과 부분 샘플의 시각적 점검을 통해 자동 식별 방법의 한계를 평가하였다.
• 특히 작은 구름과 큰 구름에 영향을 주는 비드 확산 및 배경 변동성을 탐지 알고리즘에 통합하였다.
• 허셀 확인 SDC 샘플을 BGPS 및 ATLASGAL 조사와 비교하여 SDC의 구름 특성 분포가 얼마나 고유한지 평가하였다.
• 40″ 개구부 밝기 측정 및 적외선 대비 분석을 통해 BGPS 소스와의 연관성을 상호 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스피처 어둠진운(SDC) 목록의 몇 퍼센트가 중간 적외선 배경 변동성으로 인한 가짜 탐지가 아니라 실제 물리적으로 연관된 구름인가?
• RQ2 특히 ~1 분면 이상의 각지름을 가진 구름에 대해 SDC 탐지의 신뢰도는 어떻게 달라지는가?
• RQ3 허셀 Hi-GAL 기수 밀도 피크가 PF09 목록의 실제 IRDC 존재를 어느 정도 확인하는가?
• RQ4 허셀 확인 SDC 샘플은 BGPS 및 ATLASGAL과 같은 주요 밀리미터파 조사와 비교해 볼 때 어떤 구름 특성(크기, 기수 밀도)을 보이는가?
• RQ5 이전 연구들이 BGPS 소스와의 연관률을 낮게 보고한 이유는 무엇이며, 소스 형태 및 비드 효과는 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• PF09 목록의 SDC 중 76% ± 19%가 허셀 기수 밀도 피크를 통해 실제 구름으로 확인되었다.
• 각지름이 약 ~1 분면을 초과하는 구름에 대해서는 실제 구름 비율이 55% ± 12%로 감소하여 배경 변동성으로 인한 오염이 높다는 것을 시사한다.
• 큰 SDC의 오염은 원래 PF09 목록에서 구름를 정의하는 데 사용된 8 μm 배경 발광의 불확실성으로 인한 것이 주요 원인이다.
• 허셀 확인 SDC 샘플은 BGPS 및 ATLASGAL보다 더 작고 기수 밀도가 낮은 시스템까지 포함하는 고유한 구름 특성 범위를 탐색한다.
• BGPS 소스 연관성의 괴리 현상은 주로 비드 확산과 기하학적 연장된 소스 형태로 인해 발생하며, 연장된 BGPS 소스의 끝부분에 위치한 SDC는 중심점 기반 매칭에서 빠지게 된다.
• SDC와 연관성이 없는 낮은 적외선 대비 BGPS 소스는 일반적으로 기하학적 비율이 높고 기수 밀도가 낮은 IRDC이며, 종종 고립되어 있거나 낮은 밀도 클러스터의 외곽에 위치한다.