[논문 리뷰] The interaction of young massive stars with their environment: A millimeter and submillimeter line study of NGC6334 FIR II

J. S. Zhang, C. Henkel외 5명|ArXiv.org|2007. 02. 25.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 70인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 APEX 및 SEST에서 확보한 밀리미터 및 서브밀리미터 라인 관측을 통해 NGC6334 FIR II에서 젊은 거대 별이 환경과 상호작용하는 방식을 조사한다. H II 영역과 관련된 분자 공극을 특정하고, H₂ 및 전파 연속 스펙트럼 데이터를 통해 D형 이온화 front와 충격 front를 확인하며, 공극 내에서 높은 운동온도(~200 K)를 관측한다. [C i]는 가장자리 밝아짐 없이 분자 구름을 추적하며, 덩어리로 이루어진 매질에서 광자로 영향을 받는 영역(PDR)이 깊이 침투했음을 시사한다.

ABSTRACT

Using the 15-m Swedish ESO Sub-millimeter Telescope (SEST), CO, HCN, and HCO+ observations of the galactic star-forming region NGC6334 FIR II are presented, complemented by [C I] 3^P_1--3^P_0 and 3^P_2--3^P_1 data from the Atacama Pathfinder Experiment (APEX 12-m telescope). Embedded in the extended molecular cloud and associated with the H II region NGC6334--D, there is a molecular "void". [C I] correlates well with 13^CO and other molecular lines and shows no rim brightening relative to molecular cloud regions farther off the void. While an interpretation in terms of a highly clumped cloud morphology is possible, with photon dominated regions (PDRs) reaching deep into the cloud, the data do not provide any direct evidence for a close association of [C I] with PDRs. Kinetic temperatures are ~40--50K in the molecular cloud and >=200K toward the void. CO and [C I] excitation temperatures are similar. A comparison of molecular and atomic fine structure line emission with the far infrared and radio continuum as well as the distribution of 2.2um H_2 emission indicates that the well-evolved H II region expands into a medium that is homogeneous on pc-scales. If the H_2 emission is predominantly shock excited, both the expanding ionization front (classified as subsonic, "D-type") and the associated shock front farther out (traced by H_2) can be identified, observationally confirming for the first time a classical scenario that is predicted by evolutionary models of H II regions. Integrated line intensity ratios of the observed molecules are determined, implying a mean C18^O/C17^O abundance ratio of 4.13+-0.13 that reflects the 18^O/17^O isotope ratio. This ratio is consistent with values determined in nearby clouds. Right at the edge of the void, however, the oxygen isotope ratio might be smaller.

연구 동기 및 목표

• 젊은 거대 별이 이온화 및 충격 과정을 통해 주변 분자 환경에 미치는 영향을 이해하기 위해.
• H II 영역 NGC6334–D와 관련된 분자 공극의 물리적 조건을 조사하기 위해.
• 분자 가스(CO, HCN, HCO⁺, [C i])의 진동 및 운동 상태와 이온화 및 충격 front와의 관계를 규명하기 위해.
• 핵합성 증식을 조사하기 위해 영역 내 18O/17O 동위원소 비율을 측정하기 위해.
• [C i] 방출이 광자로 영향을 받는 영역(PDR)을 추적하는지 아니면 충격으로 유도된 방출에 영향을 받는지 평가하기 위해.

제안 방법

• SEST 및 APEX 망원경을 사용하여 3 mm 및 1.3 mm 대역에서 12 CO, 13 CO, C 18 O, C 17 O, HCN, HCO⁺ 및 [C i] 선 관측을 수행하였다.
• 유량 보정을 위해 차프워 휠 방법을 사용하고, 메인빔 복사 온도 척도를 활용하여 선 강도를 유도하였다.
• CO 및 [C i] 선의 회전도 분석을 통해 진동 온도와 운동 온도를 분석하였다.
• 원거리 적외선 및 전파 연속 스펙트럼 데이터와의 비교를 통해 이온화 및 충격 가스 영역을 식별하였다.
• 2.2 μm에서 진동적으로 자극된 H₂ 방출을 맵핑하여 충격 front를 추적하였다.
• 통합 선 강도에서 유도된 C 18 O/C 17 O 비율을 계산하여 18O/17O 비율을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NGC6334 FIR II의 분자 공극의 물리적 구조는 무엇이며, 주변 H II 영역과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 관측된 [C i] 및 분자 선 방출이 광자로 영향을 받는 영역(PDR)과 밀접한 연관이 있는가?
• RQ3 분자 구름 및 공극 내에서 운동 온도 분포는 어떻게 되는가?
• RQ4 이 영역에서 D형 이온화 front 및 관련 충격 front가 관측적으로 확인될 수 있는가?
• RQ5 이 영역의 18O/17O 동위원소 비율은 얼마이며, 분자 공극 가장자리 부근에서 변화가 있는가?

주요 결과

• NGC6334 FIR II의 분자 공극은 주변 분자 구름의 40–50 K보다 훨씬 높은 ≥200 K의 운동 온도를 가지며, 이는 높은 열적 에너지를 의미한다.
• CO 및 [C i]의 진동 온도는 유사하여 구름 내에서 열적 평형 상태임을 시사하며, 국소 열역학적 평형 이탈 현상의 증거는 없다.
• [C i] 분포는 분자 가스와 밀접하게 일치하며 가장자리 밝아짐이 없어, PDR이 덩어리로 이루어진 매질 내부 깊숙이 침투했을 가능성이 높음을 시사한다.
• 평균 C 18 O/C 17 O 비율은 4.13 ± 0.13이며, 이는 인근 분자 구름에서 관측된 18O/17O 비율과 일치한다.
• 분자 공극 가장자리 부근에서는 18O/17O 비율이 낮을 수 있으며, 이는 거대 별의 물질 분출에 의한 국소적 증식 가능성을 시사한다.
• D형 이온화 front 및 관련 충격 front는 진동적으로 자극된 H₂를 통해 관측적으로 확인되었으며, 이는 고전적 H II 영역 진화 모델을 지지한다.