[論文レビュー] Shocked Molecular Hydrogen and Broad CO lines from the Interacting Supernova Remnant HB 3

Jeonghee Rho, T. H. Jarrett+7 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 88被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、混合形態型超新星残骸 HB 3 (G132.7+1.3) で、近赤外および準赤外の分子水素 (H2) を検出するとともに、ミリ波帯の広帯域 CO(3-2) および CO(2-1) 線を観測し、濃い分子雲および W3 H II 領域複合体との衝撃相互作用の明確な証拠を明らかにした。Palomar WIRC、Spitzer GLIMPSE360、WISE、HHSMT のデータから得られた結果は、SNR の南側および東側シェルで、ハエの羽のようなフィラメント構造を呈する H2 発光を示しており、CO 線からは 20–40 km s−1 の衝撃速度と 200 µG 以上の磁場が示され、周囲の銀河間物質との動的相互作用を裏付けている。

ABSTRACT

We present the detections of shocked molecular hydrogen (H2) gas in near- and mid-infrared and broad CO in millimeter from the mixed-morphology supernova remnant (SNR) HB~3 (G132.7+1.3) using Palomar WIRC, the Spitzer GLIMPSE360 and WISE surveys, and HHSMT. Our near-infrared narrow-band filter H2 2.12 micron images of HB~3 show that both Spitzer IRAC and WISE 4.6 micron emission originates from shocked H2 gas. The morphology of H2 exhibits thin filamentary structures and a large scale of interaction sites between the HB~3 and nearby molecular clouds. Half of HB~3, the southern and eastern shell of the SNR, emits H2 in a shape of a "butterfly" or "W", indicating the interaction sites between the SNR and dense molecular clouds. Interestingly, the H2 emitting region in the southeast is also co-spatial to the interacting area between HB~3 and the H~II regions of the W3 complex, where we identified star-forming activity. We further explore the interaction between HB~3 and dense molecular clouds with detections of broad CO(3-2) and CO(2-1) molecular lines from the southern and southeastern shells along the H2 emitting region. The widths of the broad lines are 8-20 km/s; the detection of such broad lines is unambiguous, dynamic evidence of the interactions between the SNR and clouds. The CO broad lines are from two branches of the bright, southern H2 shell. We apply the Paris-Durham shock model to the CO line profiles, which infer the shock velocities of 20 - 40 km/s, relatively low densities of 10^{3-4} cm^{-3} and strong (>200 micro Gauss) magnetic fields.

研究の動機と目的

• 混合形態型超新星残骸 HB 3 と周囲の分子雲および H II 領域との相互作用を調査すること。
• 近赤外および準赤外帯で観測された衝撃を受けた分子水素 (H2) 発光を特定・特徴づけ、衝撃プロセスのトレーサーとする。
• ミリ波帯での広帯域分子 CO 線の検出と解析を通じて、動的衝撃相互作用の明確な証拠を得ること。
• パリ・ダーラム衝撃モデルを用いて、衝撃速度、密度、磁場強度、視線角などの衝撃パラメータを制約すること。
• 超新星フィードバックが分子雲内の星形成を誘発し、乱流を駆動する役割を理解すること。

提案手法

• Palomar WIRC を用いた近赤外帯の狭帯域画像撮影により、H2 の回転振動準位遷移線の発光を検出する。
• Spitzer GLIMPSE360 および WISE の観測データ（4.5 µm および 4.6 µm）を分析し、H2 発光の起源を特定する。
• HHSMT テレスコープを用いたミリ波帯分光測定により、CO(3-2) および CO(2-1) 発光線を高分解能で検出する。
• CO 線プロファイルにパリ・ダーラム衝撃モデルを適用し、衝撃速度、衝撃前密度、磁場強度、視線角を推定する。
• H2 および CO 発光と W3 H II 領域複合体および赤外暗黒分子雲との空間的相関を分析し、星形成活動を同定する。
• ROSAT X線データおよび電波の等高線を用いて、HB 3 の混合形態型分類を確認し、そのシェル構造を定義する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超新星残骸 HB 3 における衝撃を受けた H2 発光の空間的分布および形状はどのようなものか？
• RQ2 HB 3 におけるミリ波帯 CO 線プロファイルは、分子雲と相互作用する衝撃波の存在と力学的性質をどのように示すか？
• RQ3 相互作用領域における衝撃加熱ガスの物理的条件（衝撃速度、密度、磁場、視線角）は何か？
• RQ4 HB 3 の周辺で超新星残骸フィードバックによって誘発された星形成の証拠はあるか？
• RQ5 HB 3 の衝撃形状および運動学的性質は、W28 や IC 443 などの他の混合形態型 SNR とどのように比較できるか？

主な発見

• HB 3 の H2 発光は、南側および東側シェルで、ハエの羽のようなフィラメント構造を呈しており、濃い分子雲および W3 H II 領域複合体との相互作用を示している。
• Spitzer IRAC 4.5 µm および WISE 4.6 µm 発光は、熱的ダストや電離ガスではなく、衝撃を受けた H2 由来であることが確認された。
• 南側および南東側シェルに沿って、FWHM 幅 8–20 km s−1 の広帯域 CO(3-2) および CO(2-1) 線が検出され、動的衝撃相互作用の明確な証拠となった。
• パリ・ダーラム衝撃モデルによる CO プロファイルのフィットから、衝撃速度は 20–40 km s−1、衝撃前密度は 6×10³–2×10⁴ cm⁻³、磁場は 200 µG 以上であり、強い磁場による閉じ込めが示された。
• 視線角解析から、南東部の H2 発光は SNR の前面に位置し（θ ≈ 55°）、南側シェルは背面に位置している（θ ≈ 215°–230°）ことが示され、観測者に向かっておよび遠ざかって移動する衝撃と整合的であった。
• HB 3 と W3 複合体の界面に星形成領域（クラス I および II の YSO）が同定され、SNR 由来のフィードバックが星形成を誘発または促進している可能性が示唆された。