[論文レビュー] Formation and Properties of Molecular Cloud Cores

Sami Dib, Roberto Galván-Madrid+2 more|ArXiv.org|Aug 25, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、乱流的で自己重力を持つ分子雲の3次元磁気流体力学的シミュレーションを用いて、高密度核の形成およびその性質を調査した。核の質量関数は密度閾値が高くなるにつれて急峻になり、核はバーリアス的に束縛されておらず動的に変化していることが判明した。また、準原始星核の寿命は観測と一致し、実際の雲が磁気的臨界性に近い状態にあることを支持する。

ABSTRACT

In this paper, we review some of the properties of dense molecular cloud cores. The results presented here rely on three-dimensional numerical simulations of isothermal, magnetized, turbulent, and self-gravitating molecular clouds (MCs) in which dense core form as a consequence of the gravo-turbulent fragmentation of the clouds. In particular we discuss issues related to the mass spectrum of the cores, their lifetimes and their virial balance.

研究の動機と目的

• 乱流的で磁場を有し、自己重力を持つ環境下における高密度分子雲核の形成および物理的性質を理解すること。
• 星の初期質量関数が原始星段階における核質量関数にどのように印加されるかを特定すること。
• 磁場および乱流が核の性質（質量関数、バーリアスバランス、寿命など）に果たす役割を評価すること。
• 観測データと比較することで、異なる磁場配置の現実性を評価すること。

提案手法

• 等温的で磁場を有し、乱流的かつ自己重力を持つ分子雲をモデル化するため、256³および512³グリッドを用いたTVD法による3次元数値シミュレーションを実施した。
• 乱流は大スケール（k = 1–2）で駆動され、一定のrms音響マッハ数Ms = 10を維持するようにした。重力は2回の自由行程時間後に導入された。
• 自己重力はポアソン方程式のフーリエ法による解法で計算し、周期的境界条件を適用した。
• 磁場強度を変化させることで、非磁場（B₀ = 0 μG）、強くスーパークリティカル（4.6 μG）、ややスーパークリティカル（14.5 μG）、およびサブクリティカル（45.8 μG）のモデルを再現した。
• 核は密度閾値付きフレンド・オブ・フレンド法で同定され、Truelove基準を満たす時刻に限定された。
• バーリアスバランスはバーリアス定理のすべての項を評価することで計算され、束縛性を評価するために簡略化された指標（αvir、μ、βp）が比較された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 乱流的で磁場を有する自己重力を持つ雲において、核を同定する際の密度閾値が核質量関数（CMF）に与える影響は何か？
• RQ2 シミュレーションされた核はどの程度バーリアス平衡にあるのか？ また、簡略化されたバーリアス指標は完全なバーリアス解析とどのように比較できるか？
• RQ3 シミュレーションにおける準原始星核の寿命分布はどのようなものか？ また、観測的推定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 非磁場、スーパークリティカル、サブクリティカルのどの磁場配置が、質量関数やバーリアスパラメータのスケーリングといった観測された核の性質を最もよく再現するか？

主な発見

• 核質量関数（CMF）は密度閾値が高くなるにつれて急峻になり、高閾値（例：200n̄）では[-2.5, -3]の範囲の傾きを示し、高密度域でより質量の大きな核が多様であることを示唆している。
• 低閾値ではCMFは対数正規分布にうまくフィットするが、閾値が高くなるにつれて分布の幅が狭まり、高質量域の傾きが急峻になる。
• 核は動的に束縛されておらず、バーリアス平衡にない。完全なバーリアス定理の解析により、内側の領域が外側の部分よりもより重力的に束縛されていることが判明した。これは簡略化された指標とは逆の結果であった。
• ややスーパークリティカルモデルではバーリアスパラメータαvirはαvir ∝ M⁻⁰.⁶のスケーリングを示し、観測のスケーリング（例：Bertoldi & McKee 1992）とよく一致しており、実際の雲が磁気的臨界性に近い状態にある可能性を示唆している。
• 準原始星核の寿命は数から十数個の自由落下時間の範囲にあり、平均でτpre ≈ 6 tffであり、Ward-Thompson et al. (2007) の観測データと良好に一致している。
• 星なし核対原始星核の比率は、n_thr ≈ 10⁴ cm⁻³では約5から、n_thr ≈ 10⁵ cm⁻³では約1に低下し、観測推定値（例：Lee & Myers 1999; Hatchell et al. 2007）と整合的である。