[논문 리뷰] Galactic Cold Cores. VIII. Filament formation and evolution: Filament properties in context with evolutionary models

A. Rivera-Ingraham, I. Ristorcelli외 16명|CLOK (University of Central Lancashire)|2017. 02. 24.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 57인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 허셜 데이터를 사용하여 은하계 냉각핵 내 필라멘트 성질을 분석하며, 중력과 환경 영향 하에서의 진화를 모델링한다. 분석 결과, 오직 밀도가 높은 환경($A_V \gtrsim 3$ mag)에서 자기중력 작용을 받는 필라멘트만이 약 1 밀리온 년 이내에 질량 축적을 통해 초임계 상태가 되어 별을 형성할 수 있으며, 이 과정에서 폭의 변화가 최소한이 되어 역학적 은하구름 붕괴 모델이 정적 평형 상태 모델보다 더 타당하다고 지지한다.

ABSTRACT

Filaments are key for star formation models. As part of the study carried out by the Herschel GCC Programme, here we study the filament properties presented in GCC.VII in context with theoretical models of filament formation and evolution. A conservative sample of filaments at a distance D<500pc was extracted with the Getfilaments algorithm. Their physical structure was quantified according to two main components: the central (Gaussian) region (core component), and the power-law like region dominating the filament column density profile at larger radii (wing component). The properties and behaviour of these components relative to the total linear mass density of the filament and its environmental column density were compared with theoretical models describing the evolution of filaments under gravity-dominated conditions. The feasibility of a transition to supercritical state by accretion is dependent on the combined effect of filament intrinsic properties and environmental conditions. Reasonably self-gravitating (high Mline-core) filaments in dense environments (av\sim3mag) can become supercritical in timescales of t\sim1Myr by accreting mass at constant or decreasing width. The trend of increasing Mline-tot (Mline-core and Mline-wing), and ridge Av with background also indicates that the precursors of star-forming filaments evolve coevally with their environment. The simultaneous increase of environment and filament Av explains the association between dense environments and high Mline-core values, and argues against filaments remaining in constant single-pressure equilibrium states. The simultaneous growth of filament and background in locations with efficient mass assembly, predicted in numerical models of collapsing clouds, presents a suitable scenario for the fulfillment of the combined filament mass-environment criterium that is in quantitative agreement with Herschel observations.

연구 동기 및 목표

• 필라멘트가 초임계 상태로 진화하고 별을 형성할 수 있는 조건을 이해하는 것.
• 지역 환경(예: $A_V$)과 필라멘트 고유 성질(예: $M_{\text{line,core}}$)이 필라멘트 진화에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 관측된 필라멘트 성질이 중력 지배 진화 이론 모델과 일치하는지 테스트하는 것.
• 필라멘트가 단일 압력 평형 상태에 머무르는지 아니면 환경과 함께 공진화하는지 판단하는 것.
• 예비별핵 수명과 유사한 시간 스케일 내에서 질량 축적을 통한 임계 상태에서 초임계 상태로의 전이가 가능한지 평가하는 것.

제안 방법

• getfilaments 알고리즘을 사용해 $D < 500$ pc 이내의 보수적인 필라멘트 샘플을 추출.
• 필라멘트의 열량 밀도 프로파일을 중심의 가우시안(핵) 성분과 면모의 거듭제곱 법칙(날개) 성분으로 분해.
• 환경 배경 열량 밀도 함수로서 총 선형 질량 밀도($M_{\text{line,tot}}$), 핵 질량 밀도($M_{\text{line,core}}$), 등반선 $A_V$ 를 정량화.
• 중력 지배 필라멘트 진화 모델에서 예측한 이론적 결과와 관측된 $M_{\text{line,tot}}$, $M_{\text{line,core}}$, $A_V$ 의 추세를 비교.
• 관측된 필라멘트 진화가 정적 평형(예: 압력에 의해 봉인된) 모델과 역학적 붕괴 모델 중 어느 쪽과 더 일치하는지 평가.
• 다양한 축적 조건과 환경 조건 하에서 임계 상태에서 초임계 상태로의 전이에 소요되는 시간 스케일을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 조건에서 필라멘트가 질량 축적을 통해 임계 상태에서 초임계 상태로 전이될 수 있는가?
• RQ2 필라멘트의 물리적 성질(예: $M_{\text{line,core}}$, $A_V$)이 둘러싼 환경과 함께 어떻게 공진화하는가?
• RQ3 높은 $M_{\text{line,core}}$ 와 밀도가 높은 환경 간의 관측된 연관성이 정적 평형 모델인지 역학적 진화 모델인지에 더 부합하는가?
• RQ4 중력 지배 조건 하에서 필라멘트 질량 증가와 초임계 상태 도달에 대한 예상 진화 시간 스케일은 무엇인가?
• RQ5 관측된 필라멘트 폭(FWHM ~ 0.13 pc)이 필라멘트 수축 또는 질량 축적 이론 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 고 $M_{\text{line,core}}$ 와 높은 밀도 환경($A_V \approx 3$ mag)에 위치한 필라멘트는 폭이 일정하거나 감소하는 조건에서 약 $t \sim 1$ Myr 이내에 질량 축적을 통해 초임계 상태가 된다.
• 필라멘트 $M_{\text{line,tot}}$ 와 환경 $A_V$ 가 동시에 증가하는 경향은 공진화를 나타내며, 이는 정적 단일 압력 평형 모델과 배치된다.
• 배경 열량 밀도 증가에 따라 $M_{\text{line,core}}$ 와 $A_V$ 가 증가하는 관측된 추세는 정적 압력 봉인 모델보다 역학적 은하구름 붕괴 모델을 지지한다.
• 임계 상태에서 초임계 상태로의 전이 기간 동안 필라멘트 평균 폭은 거의 일정하게 유지된다($<\text{FWHM}> \sim 0.13$ pc)로, 중력 지배 진화 시뮬레이션과 일치한다.
• 희박한 환경에 있는 저질량 필라멘트는 시간이 지남에 따라 FWHM 이 증가하는 반면, 밀도가 높은 지역의 자기중력 필라멘트는 질량 축적 중에 폭을 유지하거나 약간 감소시킨다.
• 관측된 필라멘트 성질은 수치 모의 실험에서 수렴하는 유입과 질량 집합을 겪는 붕괴하는 은하구름의 예측과 정량적으로 일치한다.