[论文解读] Probing gas kinematics and PDR structure around O-type stars in Sh 2-305 HII region

N. K. Bhadari, L. K. Dewangan+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 21, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 42被引用 3

一句话总结

本研究利用SOFIA获取的[CII] 158 µm谱线发射，揭示了在银河系HII区Sh 2-305中，O型星周围存在两个膨胀的壳状光解区（PDR）：一个紧凑的内层壳（~565 M⊙，vexp ~1.3 km s⁻¹）和一个更弥散的外层壳，二者呈顺序形成。壳层与规则分布的致密团块在动力学和空间上具有相关性，支持了触发恒星形成的‘聚集与坍缩’机制。

ABSTRACT

We report an observational study of the Galactic HII region Sh 2-305/S305 using the [CII] 158 $\mu$m line data, which are used to examine the gas dynamics and structure of photodissociation regions. The integrated [CII] emission map at [39.4, 49.5] km s$^{-1}$ spatially traces two shell-like structures (i.e., inner and outer neutral shells) having a total mass of $\sim$565 M$_\odot$. The inner neutral shell encompasses an O9.5V star at its centre and has a compact ring-like appearance. However, the outer shell is seen with more extended and diffuse [CII] emission, hosting an O8.5V star at its centre and surrounds the inner neutral shell. The velocity channel maps and position-velocity diagrams confirm the presence of a compact [CII] shell embedded in the diffuse outer shell, and both the shells seem to expand with $v_{ m exp}\sim$1.3 km s$^{-1}$. The outer shell appears to be older than the inner shell, hinting that these shells are formed sequentially. The [CII] profiles are examined toward S305, which are either double-peaked or blue-skewed and have the brighter redshifted component. The redshifted and blueshifted components spatially trace the inner and outer neutral shell geometry, respectively. The ionized, neutral, and molecular zones in S305 are seen adjacent to one another around the O-type stars. The regularly spaced dense molecular and dust clumps (mass $\sim$10-10$^{3}$ M$_{\odot}$) are investigated around the neutral shells, which might have originated due to gravitational instability in the shell of collected materials.

研究动机与目标

• 研究银河系HII区Sh 2-305中大质量O型星周围的气体动力学与PDR结构。
• 确定由[CII]发射追踪的中性壳层的动力学状态及其形成顺序。
• 检查[CII]壳层与致密尘埃/分子团块之间的空间与动力学关系。
• 评估‘聚集与坍缩’机制在该区域触发恒星形成的适用性。

提出的方法

• 分析未发表的SOFIA [CII] 158 µm谱线数据，以映射[39.4, 49.5] km s⁻¹速度范围内的气体动力学。
• 构建0阶矩图、速度通道图和位置-速度（PV）图，以识别壳层结构及膨胀特征。
• 将[CII]谱线轮廓与12CO/13CO(1–0)谱线轮廓进行比较，关联动力学特征与分子气体。
• 利用积分发射和标准PDR模型，估算[CII]壳层的中性氢柱密度和总质量。
• 将[CII]壳层与赫歇尔尘埃柱密度、斯皮itzer红外以及FUGIN分子线数据叠加并进行空间相关性分析。
• 利用PV图中得出的膨胀速度，推断形成 timescales 和壳层的顺序形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Sh 2-305中O型星周围的PDR区域是否存在明显且膨胀的中性壳层？它们在形态和动力学上如何不同？
• RQ2 这些[CII]壳层的膨胀速度是多少？其形成timescales和顺序意味着什么？
• RQ3 致密尘埃和分子团块在空间和动力学上如何与[CII]壳层及电离气体相关联？
• RQ4 观测到的动力学与结构特征是否支持该区域触发恒星形成的‘聚集与坍缩’情景？

主要发现

• 在[CII] 0阶矩图中识别出两个明显的壳状结构：一个紧凑且强烈的环状内层壳和一个更弥散的外层壳。
• 两个壳层的[CII]发射总质量约为565 M⊙，平均中性氢柱密度约为~5 × 10²⁰ cm⁻²。
• 速度通道图和位置-velocity图证实，紧凑的内层壳几何上嵌套于更弥散的外层壳内部，二者均以~1.3 km s⁻¹的速度膨胀。
• 估算的膨胀timescales分别为：内层壳约0.9 Myr，外层壳约1.7 Myr，表明其为顺序形成。
• 双峰[CII]谱线轮廓中，红移成分增强的部分分别对应内层和外层壳，谱线谷值与12CO/13CO(1–0)谱线峰值对齐。
• 规则分布的致密尘埃和分子团块（10–10³ M⊙）在空间和动力学上与[CII]壳层对齐，支持其源于收集壳层物质中引力不稳定性而形成。