[論文レビュー] Results of the ESO-SEST Key Programme on CO in the Magellanic Clouds X. CO emission from star formation regions in LMC and SMC

F. P. Israel, L. E. B. Johansson+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2003

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 19被引用数 44

ひとこと要約

本研究では、大・小マゼラン雲の13の星形成領域における高分解能CO（J=1–0およびJ=2–1）マップを提示し、分子雲が通常20 pc程度の小規模で孤立しており、それらに伴うHII領域よりも顕著に小さいことを明らかにした。主な発見は、CO対¹³CO強度比が10前後集中していることから、低金属量と強いUV放射によるCO生成量の低下が示唆され、低強度領域での比の上昇は、雲の縁におけるCO光分解が原因であると考えられる。

ABSTRACT

We present J=1-0 and J=2-1 12CO maps of several star-forming regions in both the Large and the Small Magellanic Cloud, and briefly discuss their structure. Many of the detected molecular clouds are relatively isolated and quite small with dimensions of typically 20 pc. Some larger complexes have been detected, but in all cases the extent of the molecular clouds sampled by CO emission is significantly less than the extent of the ionized gas of the star-formation region. Very little diffuse extended CO emission was seen; diffuse CO in between or surrounding the detected discrete clouds is either very weak or absent. The majority of all LMC lines of sight detected in 13CO has an isotopic emission ratio I(12CO)/I(13CO) of about 10, i.e. twice higher than found in Galactic star-forming complexes. At the lowest 12CO intensities, the spread of isotopic emission ratios rapidly increases, low ratios representing relatively dense and cold molecular gas and high ratios marking CO photo-dissociation at cloud edges.

研究の動機と目的

• 低金属量・高放射環境下での銀河間物質を研究するため、大・小マゼラン雲の星形成領域における分子CO放射をマッピングすること。
• 分子雲（COで tracer されたもの）とイオン化HII領域との空間的関係を特定すること。
• 低金属量環境におけるCO含有量、光学濃度、光分解のトレーサーとしてのCO対¹³CO強度比を調査すること。
• 銀河系と比較して、マゼラン雲におけるCO対H₂換算係数（X）の信頼性を評価すること。
• 希薄・低密度領域におけるCO線比解釈に及ぼすビームフィルティング要因と放射輸送の役割を理解すること。

提案手法

• 13のHII領域をカバーする大マゼラン雲（LMC）および小マゼラン雲（SMC）における、40''ビームの高分解能（SEST望遠鏡を用いた）¹²CO J=1–0およびJ=2–1遷移のマッピング。
• 統合強度マップおよび位置-速度断面を用いて、雲の形状・広がり・運動を分析する。
• CO含有量および光学濃度効果を推定するために、さまざまな強度領域における同位体強度比 I(¹²CO)/I(¹³CO) を計算する。
• 局所熱力学的平衡（LTE）を仮定した放射輸送モデルを適用し、さまざまな光学濃度およびビームフィルティング要因を想定して、観測された線比を解釈する。
• 観測されたCO線比と理論的モデルを比較し、CO含有量の低さとビームフィルティングの差異の両者が線比に与える影響を区別する。
• 特に¹³CO検出における低強度領域のバイアスを避けるために、SN比に基づくソース選択を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マゼラン雲におけるCO放射する分子雲のサイズと形状は、それらに伴うHII領域の広がりと比べてどうなっているか？
• RQ2 観測された I(¹²CO)/I(¹³CO) 強度比の原因は何か。特に、10前後集中する現象と低強度領域での分散はなぜ生じるのか？
• RQ3 ビームフィルティング要因および¹²COと¹³CO間の光学濃度差が、低金属量環境における同位体線比の解釈に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 マゼラン雲におけるCO対H₂換算係数（X）は、銀河系の値と比べてどう異なるのか。これは全分子質量推定にどのような意味を持つのか？
• RQ5 CO光分解は、分子雲外縁部における同位体線比分布の観測的特徴をどのように規定しているのか？

主な発見

• LMCおよびSMCにおけるCO放射する雲の大部分は、典型的に20 pc程度の小規模で、それらに伴うHII領域よりも顕著に小さい。
• ¹²CO/¹³CO強度比の大部分は約10であり、マゼラン雲では銀河系と比較してCO含有量が低いことが示唆され、低金属量と高放射場に起因する。
• 低¹²CO強度領域では同位体比が上昇しており、金属不足環境における遮蔽の欠如により、雲縁でCO光分解が顕著に進行していると考えられる。
• 低強度領域での低同位体比は、光分解にあまり影響を受けない高密度・低温ガスに起因し、雲内に多様な物理的状態が存在することを示唆している。
• 観測された線比 J=2–1/J=1–0 は約1.2であり、低励起温度と中程度の光学濃度と整合的である。
• 広がりが大きく希薄なCO放射がほとんどないことから、分子ガスの大部分は、おそらく光子支配領域（PDR）に埋め込まれた明確な高密度クラスタに集中していることが示唆され、CO観測による全分子質量の推定値が低く評価される可能性がある。