[論文レビュー] ALMA survey of massive cluster progenitors from ATLASGAL. Limited fragmentation at the early evolutionary stage of massive clumps

T. Csengeri, Sylvain Bontemps+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用数 28

ひとこと要約

このALMA調査は、銀河系内の初期段階の質量の大きなクラスターを調査し、限られた分岐と高いコア形成効率を明らかにした。研究では、最大400 M⊙の質量を持つ高密度コア（MDCs）が高濃度で形成されることを示し、パーセクスケールでのグローバルコラプスを示唆している。また、十分な乱流や磁場が存在しないことから、現在のモデルでは説明できない。

ABSTRACT

The early evolution of massive cluster progenitors is poorly understood. We investigate the fragmentation properties from 0.3 pc to 0.06 pc scales of a homogenous sample of infrared-quiet massive clumps within 4.5 kpc selected from the ATLASGAL survey. Using the ALMA 7m array we detect compact dust continuum emission towards all targets, and find that fragmentation, at these scales, is limited. The mass distribution of the fragments uncovers a large fraction of cores above 40 $M_\odot$, corresponding to massive dense cores (MDCs) with masses up to ~400 $M_\odot$. 77 % of the clumps contain at most 3 MDCs per clump, and we also reveal single clumps/MDCs. The most massive cores are formed within the more massive clumps, and a high concentration of mass on small scales reveals a high core formation efficiency. The mass of MDCs highly exceeds the local thermal Jeans-mass, and observational evidence is lacking for a sufficiently high level of turbulence or strong enough magnetic fields to keep the most massive MDCs in equilibrium. If already collapsing, the observed fragmentation properties with a high core formation efficiency are consistent with the collapse setting in at parsec scales.

研究の動機と目的

• 明るい質量の大きな若い星が形成される前における、質量の大きなクラスターの前身の初期進化を理解すること。
• 赤外線が静穏な質量の大きなクラスターにおいて、0.3 pcから0.06 pcのスケールでの分岐特性を調査すること。
• 乱流、磁場、またはグローバルコラプスが、質量の大きな高密度コア（MDCs）の形成をどのように説明するかを特定すること。
• コア形成効率（CFE）とその高質量星形成モデルへの影響を評価すること。
• 最も質量の大きなクラスターにおける分岐を促進または抑制する物理的メカニズムを特定すること。

提案手法

• ATLASGAL調査から4.5 kpc以内の35個の赤外線が静穏な質量の大きなクラスターを選定し、表面密度が高く、ボロメトリック放射度が低いものを優先した。
• ALMA 7mアレイをBand 7で使用し、広帯域かつ低スペクトル分解能で連続スペクトル画像化を実施した。
• ロバスト重み付け（0.5）とCLEAN非定常化を用いて、高ダイナミックレンジの連続スペクトル画像を作成し、主ビーム減衰を補正した。
• ラインフリーのチャンネルを特定し、ほこり連続スペクトルの放射を抽出し、コア質量と分岐度を測定した。
• 標準的なCASACASA 4.2.1手順を用いてデータをキャリブレーションし、システム温度は100–150 Kの間であった。
• コア質量関数と分岐パターンを分析し、コア形成効率と質量集中度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤外線が静穏な質量の大きなクラスターにおいて、0.3 pcから0.06 pcのスケールで、初期進化段階における分岐パターンはどのようなものか？
• RQ2 乱流と磁場が、最も質量の大きなコア（MDCs）が重力的コラプスに対してどれほど支持しているか？
• RQ3 観測された高いコア形成効率は、雲の断片のグローバルコラプスと整合的か？
• RQ4 MDCの質量分布は、初期質量貯蔵量と最終的な星形成関数（IMF）とどのように関係しているか？
• RQ5 十分なバーチャル支持が得られない状況で、最大400 M⊙のMDCが形成される物理的メカニズムは何か？

主な発見

• 35のすべての標本で、コンパクトなほこり連続スペクトル放射が観測され、高密度コアの存在が確認された。
• 77%のクラスターが、最大3つの質量の大きな高密度コア（MDCs）を有しており、初期段階での分岐が限られていることが示された。
• MDC質量は最大で約400 M⊙に達し、そのうち40 M⊙を超える割合が顕著に高いことから、高いコア形成効率が示唆された。
• 最も質量の大きなMDCsは、最も質量の大きなクラスターに偏って形成されており、クラスター質量とコア質量の強い相関があることが示された。
• コア形成効率は高く、質量が小さなスケールに集中しており、パーセクスケールでのコラプスが既に始まっていると整合的である。
• 観測されたMDC質量は、局所的な熱的ジェインズ質量を著しく上回っており、乱流や磁場だけではその安定性を説明できないことから、コラプスはすでに進行中であると示唆された。