[논문 리뷰] The initial conditions of stellar protocluster formation. I. A catalogue of Spitzer dark clouds

N. Peretto, G. A. Fuller|ORCA Online Research @Cardiff (Cardiff University)|2009. 06. 18.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 29인용 수 176

한 줄 요약

이 논문은 스피itzer GLIMPSE 및 MIPSGAL 데이터를 이용해 은하수의 11,303개의 적외선 어두운 구름(IRDC)을 종합적이고 고해상도로 묘사한 것으로, 8 μm 투과도 맵과 새로운 소스 추출 알고리즘을 통해 이를 식별하였다. 연구 결과, 이들 IRDC 중 약 80%가 이전에 미발견되었으며, 별의 원시 은하단 형성의 初기 조건을 연구하는 데 중요한 자원을 제공한다. 이들 내부에는 약 20,000~50,000개의 임bedded 프래그먼트가 탐지되었고, 24 μm에서 활성적인 별 형성이 관찰된 경우가 20~68%에 달한다.

ABSTRACT

The majority of stars form in clusters. Therefore a comprehensive view of star formation requires understanding the initial conditions for cluster formation. The goal of our study is to shed light on the physical properties of infrared dark clouds (IRDCs) and the role they play in the formation of stellar clusters. This article, the first of a series dedicated to the study of IRDCs, describes techniques developed to establish a complete catalogue of Spitzer IRDCs in the Galaxy. We have analysed Spitzer GLIMPSE and MIPSGAL data to identify a complete sample of IRDCs in the region of Galactic longitude and latitude 10deg < |l|<65deg and |b|<1deg. From the 8micron observations we have constructed opacity maps and used a newly developed extraction algorithm to identify structures above a column density of N_{H2} > 1x10^{22} cm^{-2}. The 24micron data are then used to characterize the star formation activity of each extracted cloud. A total of 11303 clouds have been extracted. A comparison with the existing MSX based catalogue of IRDCs shows that 80% of these Spitzer dark clouds were previously unknown. The algorithm also extracts ~ 20000 to 50000 fragments within these clouds, depending on detection threshold used. A first look at the MIPSGAL data indicates that between 20% and 68% of these IRDCs show 24micron point-like association. This new database provides an important resource for future studies aiming to understand the initial conditions of star formation in the Galaxy.

연구 동기 및 목표

• 은하수 평면에 있는 적외선 어두운 구름(IRDC)의 완전하고 편향 없는 샘플을 확보하여 별 은하단 형성의 초기 조건을 연구하기 위함.
• 스피itzer 8 μm 투과도 맵에서 IRDC 및 내부 프래그먼트를 추출하기 위한 새로운 알고리즘을 개발하고 적용하기 위함.
• 24 μm MIPSGAL 데이터를 활용하여 IRDC 내 별 형성 활동을 특성화하고, 예비 은하단과 활성 은하단을 식별하기 위함.
• 기존의 MSX 기반 목록과 비교하여 신규 스피저티 기반 IRDC 목록의 완전성과 발견률을 평가하기 위함.
• 은하계 전역에서 원시 은하단 형성의 물리적 성질과 진화를 연구하기 위한 기초 데이터베이스를 제공하기 위함.

제안 방법

• 은하수 적외선 배경을 배경으로 하여 IRDC를 식별하기 위해 스피저티 GLIMPSE 데이터에서 8 μm 투과도 맵을 구축하였다.
• 윤곽선 수준 추적 기반의 새로운 소스 추출 알고리즘을 적용하였으며, 국소적 피크를 탐지하고 소스 경계를 정의하기 위해 임계 투과도(τ_thres)와 단계 크기(τ_step)를 사용하였다.
• 인접한 윤곽선 수준 사이의 국소 최소값(τ_lev)을 사용하여 겹치는 구조를 분리하고 프래그먼트의 범위를 정의하였다.
• 픽셀 강도 분포의 모멘트 관성 행렬과 고유값 분해를 이용하여 물리적 파rameter(크기, 위치각, 중심좌표)를 계산하였다.
• 기존의-dust 성질과 소멸 법칙 기반 校정을 통해 8 μm 투과도를 H₂ 기수 밀도로 변환하였다.
• 24 μm 점원형 연관성의 존재 여부를 확인하기 위해 탐지 결과를 MIPSGAL 24 μm 데이터와 교차 참조하였다. 이는 현재 진행 중인 별 형성의 지표로 간주된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전의 MSX 기반 설문과 비교하여 스피저티 기반 IRDC 목록의 완전성과 신뢰도는 어떠한가?
• RQ2 고해상도 스피저티 데이터를 이용해 얼마나 많은 이전에 알려지지 않은 IRDC와 내부 프래그먼트를 식별할 수 있는가?
• RQ3 24 μm 점원형 연관성이 관찰되는 IRDC의 비율은 얼마이며, 이는 활성적인 별 형성의 지표로 간주되는가?
• RQ4 추출된 IRDC와 내부 프래그먼트의 물리적 성질(크기, 질량 표면 밀도, 형태)은 어떠한가?
• RQ5 IRDC가 얼마나 많은 정도로 은하단 형성의 초기 조건을 유지하는 예비 은하단으로 간주될 수 있는가?

주요 결과

• 10° < |l| < 65° 및 |b| < 1°의 은하수 경도 범위에서 스피저티 GLIMPSE 및 MIPSGAL 데이터로부터 총 11,303개의 IRDC가 추출되었다.
• 탐지된 IRDC 중 약 80%는 이전에 알려지지 않은 것으로 밝혀졌으며, 이는 MSX 기반 목록에 비해 감지 완전성에서 뚜렷한 향상이 있음을 보여준다.
• 선택된 탐지 임계값에 따라 IRDC 내부에서 약 20,000~50,000개의 프래그먼트가 탐지되었다.
• IRDC의 20%에서 68%가 24 μm 점원형 연관성을 보였으며, 이는 표본의 상당 부분에서 활성적인 별 형성이 진행 중임을 시사한다.
• 이 새로운 목록은 별의 원시 은하단 형성의 초기 조건을 연구하기에 적합한 정교하고 고해상도의 IRDC 및 내부 구조 데이터베이스를 제공한다.
• 이 방법은 투과도 윤곽선과 국소 최소값을 기반으로 구조를 효과적으로 분리하여, 각 IRDC 및 프래그먼트의 크기, 위치각, 중심좌표를 정확하게 측정하는 데 성공하였다.