[논문 리뷰] The CARMA-NRO Orion Survey: The filamentary structure as seen in C$^{18}$O emission

S. Suri, Á. Sánchez-Monge외 19명|Dipòsit Digital de la Universitat de Barcelona (Universitat de Barcelona)|2019. 01. 01.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 50인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 CARMA-NRO 오리온 조사에서 확보한 고해상도 C$^{18}$O(1–0) 복사 데이터를 활용하여 FilChaP 파이썬 패키지를 사용해 오리온 A 분자운의 필라멘트 너비를 분석한다. 필라멘트 너비와 중심 열량 밀도 간의 상관관계가 없음을 발견하였으며, 너비 변화는 물리적 조건이 아닌 하위구조의 복잡성에 기인한다고 보고한다. 너비 범위는 0.02에서 0.3 pc이며, 적합 방법에 따라 중앙값은 약 0.13–0.16 pc이다.

ABSTRACT

We present an initial overview of the filamentary structure in the Orion A molecular cloud utilizing a high angular and velocity resolution C$^{18}$O(1-0) emission map that was recently produced as part of the CARMA-NRO Orion Survey. The main goal of this study is to build a credible method to study varying widths of filaments which has previously been linked to star formation in molecular clouds. Due to the diverse star forming activities taking place throughout its $\sim$20 pc length, together with its proximity of 388 pc, the Orion A molecular cloud provides an excellent laboratory for such an experiment to be carried out with high resolution and high sensitivity. Using the widely-known structure identification algorithm, DisPerSE, on a 3-dimensional (PPV) C$^{18}$O cube, we identified 625 relatively short (the longest being 1.74 pc) filaments over the entire cloud. We study the distribution of filament widths using FilChaP, a python package that we have developed and made publicly available. We find that the filaments identified in a 2 square degree PPV cube do not overlap spatially, except for the complex OMC-4 region that shows distinct velocity components along the line of sight. The filament widths vary between 0.02 and 0.3 pc depending on the amount of substructure that a filament possesses. The more substructure a filament has, the larger is its width. We also find that despite this variation, the filament width shows no anticorrelation with the central column density which is in agreement with previous Herschel observations.

연구 동기 및 목표

• 3D PPV 데이터를 활용해 분자운 내 필라멘트 너비를 측정하는 신뢰할 수 있는 방법을 개발하고 적용한다.
• 필라멘트 너비가 중심 열량 밀도와 상관관계가 있는지 조사하여 보편적인 필라멘트 너비 개념에 도전한다.
• 하위구조 및 환경의 복잡성이 관측된 필라멘트 너비 분포를 형성하는 데 기여하는 정도를 정량화한다.
• 오리온 A의 필라멘트 특성과 투라우스와 같은 다른 영역의 특성을 비교하여 공간적 및 속도적 일관성 측면에서 분석한다.
• 분자운 조사에서 고정밀 필라멘트 너비 분석을 위한 공개 도구(FilChaP)를 제공한다.

제안 방법

• 3D C$^{18}$O(1–0) PPV 큐브에 DisPerSE 알고리즘을 적용하여 오리온 A의 2 제곱도에 걸쳐 625개의 필라멘트를 식별한다.
• FilChaP 파이썬 패키지를 개발하고 활용하여 다중 적합 모델(가우시안, 플룸머(p=2 및 p=4), 및 두 번째 모멘트에서 유도된 FWHM)을 사용해 반경 방향 강도 프로파일에서 필라멘트 너비를 측정한다.
• 적합도 평가를 위해 줄인 카이제곱 통계량을 사용하여 낮은 적합도를 보이는 프로파일을 제외하고 너비 측정의 편향을 줄인다.
• 강도 프로파일의 어깨 수를 세어 하위구조 복잡성을 정량화하고, 이를 측정된 너비와 관련지어 분석한다.
• 조사 영역을 북부 및 남부 하위영역으로 나누어 필라멘트 특성에 대한 기울기 존재 여부를 평가한다.
• Heitsch(2013)의 자성장 및 외부 압력이 작용하는 필라멘트 모델을 활용하여 관측된 너비와 열량 밀도 간의 상관관계 부재를 해석한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전 허셜 관측에서 제기된 것처럼 오리온 A의 필라멘트 너비가 중심 열량 밀도와 상관관계가 있는가?
• RQ2 필라멘트 강도 프로파일의 하위구조 복잡성이 측정된 너비 추정치에 어느 정도 기여하는가?
• RQ3 오리온 A의 필라멘트 너비는 투라우스와 같은 저질량 성간 별 형성 영역의 필라멘트 너비와 어떻게 비교되는가? 특히 공간적 및 속도적 일관성 측면에서.
• RQ4 관측된 필라멘트 너비와 열량 밀도 간의 상관관계 부재를 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 고해상도 C$^{18}$O 복사 데이터는 필라멘트 중심 밀도와 내부 평탄한 반경 간의 오해의 여지를 해결할 수 있는가?

주요 결과

• 가우시안 적합의 경우 오리온 A 전역에서 필라멘트 너비 중앙값은 $0.14^{+0.03}_{-0.02}$ pc이며, 플룸머 p=2 적합의 경우 $0.16^{+0.04}_{-0.03}$ pc로 나타나 적합 방법에 따라 일관된 결과를 보인다.
• 심지어 고열량 밀도($\sim10^{23}$ cm$^{-2}$) 영역에서도 필라멘트 너비와 중심 열량 밀도 간에 유의미한 상관관계가 없음을 확인하였으며, 이는 단순한 수압 평형 모델의 예측와 배치된다.
• 강도 프로파일의 어깨 수가 증가할수록 필라멘트 너비가 선형적으로 증가함을 확인하여, 하위구조 복잡성이 너비 산란의 주요 인자임을 시사한다.
• 하위구조가 없는 필라멘트의 경우 북부 지역에서 중앙값은 $0.09 \pm 0.02$ pc, 남부 지역에서 $0.12 \pm 0.01$ pc를 기록하여, 복잡한 형태와 무관한 기초 너비가 존재함을 시사한다.
• 오리온 A의 대부분의 필라멘트는 공간적 중첩이나 속도 일관성을 보이지 않으며, 투라우스에서 관측된 섬유형 필라멘트와 다름을 보인다. 유일한 예외는 OMC-4 영역에서 다중 선형 방향 성분을 보이는 것이다.
• Heitsch(2013)의 자성장 및 외부 압력이 작용하는 필라멘트 모델이 관측된 상관관계 부재를 가장 잘 설명하지만, 가장 높은 열량 밀도에서 약간 너비를 과소평가한다.