[论文解读] ATLASGAL-selected massive clumps in the inner Galaxy IV. Millimeter hydrogen recombination lines from associated HII regions

W.-J. Kim, F. Wyrowski+3 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Feb 7, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 79被引用 16

一句话总结

本研究利用IRAM 30米和Mopra 22米射电望远镜进行定向观测，首次对银河系内区大质量致密团块中的亚毫米波长氢复合线（mm-RRL）进行了大规模探测，获得178个团块的检测结果。研究确认了134个mm-RRL检测结果与已知H ii区相关，识别出8个新的H ii区候选体，并在9个源中发现展宽的线宽，表明它们可能是仍嵌入其原行星分子云中的极年轻超紧凑H ii区。

ABSTRACT

Observations of millimeter wavelength radio recombination lines (mm-RRLs) are used to search for HII regions in an unbiased way that is complementary to many of the more traditional methods previously used. We carried out targeted mm-RRL observations (39$\leq$ principal quantum number ($n$) $\leq$65 and $Δn$ = 1, 2, 3 and 4, i.e. H$nα$, H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$) using the IRAM 30m and Mopra 22m telescopes. We observed 976 compact dust clumps selected from a catalog of $\sim$10,000 ATLASGAL sources. We detected H$nα$ mm-RRL emission toward 178 clumps; H$nβ$, H$nγ$ and H$nδ$ were also detected toward 65, 23, and 22 clumps, respectively. This is the largest sample of mm-RRLs detections published to date. Comparing the positions of these clumps with radio continuum surveys we identified compact radio counterparts for 134 clumps. The nature of the other 44 detections is unclear, but 8 detections are thought to be potentially new HII regions. Broad linewidths are seen toward nine clumps (linewidth > 40 km s$^{-1}$) revealing significant turbulent motions within the ionized gas. We find that the linewidth of the H$^{13}$CO$^{+}$ (1$-$0) emission is significantly wider than those without mm-RRL detection. We also find a correlation between the integrated fluxes of the mm-RRLs and the 6 cm continuum flux densities of their radio counterparts. We find that the mm-RRL emission is associated with HII regions with $n_{e}<10^{5}$ cm$^{-3}$ and HII region diameter >0.03 pc. We detected mm-RRLs toward 178 clumps and identified eight new HII region candidates. The broad mm-RRL from nine clumps may indicate that they arise in very young hyper-compact HII regions. The mm-RRLs trace the radio continuum sources detected by high-resolution observations and their line parameters show associations with the embedded radio sources and their parental molecular clumps.

研究动机与目标

• 在ATLASGAL巡天中选取的大质量致密团块样本中，探测亚毫米波长氢复合线（mm-RRL）
• 识别并表征与这些团块相关的电离气体，特别是处于早期演化阶段的嵌入式H ii区
• 利用mm-RRL作为射电连续谱和红外巡天的补充探测手段，识别被尘埃遮挡的H ii区
• 研究这些区域中电离气体的运动学和物理性质，包括湍流和电子密度
• 通过比较mm-RRL速度与分子气体示踪剂及射电连续谱对应体，确定大质量恒星形成的演化阶段

提出的方法

• 在主量子数 $ n = 39 $ 至 $ 65 $ 范围内进行定向mm-RRL观测，包括H$ n\alpha $、H$ n\beta $、H$ n\gamma $ 和 H$ n\delta $ 跃迁，使用IRAM 30米和Mopra 22米射电望远镜
• 从ATLASGAL星表中选取976个紧凑尘埃团块，确保包含足够多的恒星形成（中红外明亮）和安静（中红外暗淡）团块
• 将mm-RRL位置与高分辨率射电连续谱巡天（如MTT、RMS）进行交叉匹配，以识别紧凑射电对应体并确认H ii区关联性
• 利用H$^{13}$CO$^+$ (1–0)线发射追踪致密分子气体，并将系统速度与mm-RRL进行比较，以确认物理关联性
• 在光学厚条件下假设并采用标准RRL理论公式，通过mm-RRL线强度比和积分流量计算电子密度
• 对mm-RRL与先前巡天中cm-RRL的线宽进行统计比较，评估压强展宽和波束效应的影响

实验结果

研究问题

• RQ1 从ATLASGAL选取的大质量团块中，有多少比例表现出可检测的mm-RRL发射，表明存在嵌入式H ii区？
• RQ2 mm-RRL的速度和线宽与分子气体示踪剂（H$^{13}$CO$^+$）及射电连续谱源相比如何？
• RQ3 具有异常展宽线宽（>40 km s$^{-1}$）的mm-RRL检测结果的物理本质是什么？
• RQ4 mm-RRL检测结果与6厘米射电连续谱通量密度的相关性如何？这反映了电子密度和H ii区大小的何种信息？
• RQ5 mm-RRL检测结果是否与超紧凑或极端紧凑H ii区一致？与以往的厘米波RRL巡天相比有何异同？

主要发现

• 178个团块检测到H$ n\alpha $ mm-RRL发射，其中H$ n\beta $、H$ n\gamma $ 和 H$ n\delta $ 分别有65、23和22次检测，构成迄今最大的mm-RRL样本。
• 134个mm-RRL检测结果具有紧凑射电连续谱对应体，证实其与已知H ii区的关联性。
• 8个mm-RRL检测结果缺乏已知射电对应体，表明它们可能是新的H ii区候选体。
• 9个团块表现出展宽的mm-RRL线宽（>40 km s$^{-1}$），表明存在显著的湍流运动，与极年轻超紧凑H ii区一致。
• mm-RRL系统速度与H$^{13}$CO$^+$ (1–0)线速度一致，证实电离气体与致密分子团块之间存在物理关联。
• mm-RRL积分流量与6厘米连续谱通量密度之间存在显著相关性（皮尔逊相关系数 $ \rho = 0.70 $），支持mm-RRL与射电连续谱探测的是同一电离区域。