[论文解读] 2MASS wide field extinction maps: V. Corona Australis

J. Alves, M. Lombardi+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用 20

一句话总结

本研究利用2MASS巡天和Nicer/Nicest算法，对天坛座分子复合体进行了大视场近红外消光图的绘制，空间分辨率达3角分，灵敏度为0.02 mag。结果揭示了一条45 pc长的丝状云气，其三分之二质量位于A_K ≈ 0.15 mag以下，该区域的PDF主要受噪声主导；而高于此阈值的分子组分最符合指数为–3的幂律分布，挑战了标准的对数正态模型。

ABSTRACT

We present a near-infrared extinction map of a large region ($\sim$870 deg$^2$) covering the isolated Corona Australis complex of molecular clouds. We reach a 1-$σ$ error of 0.02 mag in the K-band extinction with a resolution of 3 arcmin over the entire map. We find that the Corona Australis cloud is about three times as large as revealed by previous CO and dust emission surveys. The cloud consists of a 45 pc long complex of filamentary structure from the well known star forming Western-end (the head, $N \geq10^{23}$ cm$^{-2}$) to the diffuse Eastern-end the tail, ($N \leq10^{21}$ cm$^{-2}$). Remarkably, about two thirds of the complex both in size and mass lie beneath A$_V\sim1$ mag. We find that the PDF of the cloud cannot be described by a single log-normal function. Similar to prior studies, we found a significant excess at high column densities, but a log-normal + power-law tail fit does not work well at low column densities. We show that at low column densities near the peak of the observed PDF, both the amplitude and shape of the PDF are dominated by noise in the extinction measurements making it impractical to derive the intrinsic cloud PDF below A$_K

研究动机与目标

• 利用近红外星等消光法，生成天坛座分子复合体的高动态范围、大视场消光图。
• 表征该云气的大尺度结构与面密度分布，包括其弥散的外区部分。
• 评估面密度的本征概率密度函数（PDF），并确定其是否服从对数正态或幂律分布。
• 研究测量噪声在低面密度区域对真实PDF推导的限制。
• 评估弥散、低面密度包层在云气质量与结构预算中的作用，特别是对孤立系统而言。

提出的方法

• 对1070万颗2MASS恒星应用Nicer（近红外色指数超额重访）与Nicest（改进型Nicer）算法，以在约870 deg²范围内推导K波段消光。
• 采用多波段恒星色指数超额技术估算消光，校正前景恒星污染与背景不均匀性。
• 采用基于像元的方法，空间分辨率达3角分，以映射消光，从而最小化在高面密度区域因恒星稀疏采样带来的偏差。
• 使用对数正态与幂律函数对面密度PDF进行建模，并测试混合模型（对数正态 + 幂律）以评估拟合优度。
• 通过将观测到的PDF形状与幅度与预期的统计不确定性（1-σ ≈ 0.02 mag）进行比较，量化低面密度区域的噪声贡献。
• 使用Nicest方法校正密集区域内的亚像素不均匀性与消光偏差，从而提高高面密度区域的准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 天坛座分子云的真实范围与质量分布如何，包括其弥散的外区部分？
• RQ2 天坛座云气的面密度PDF如何偏离单一的对数正态分布？这对其形成与演化有何启示？
• RQ3 在低面密度区域（A_K < 0.15 mag）观测到的PDF在多大程度上由测量噪声而非云气本征结构所塑造？
• RQ4 云气的分子组分（A_K > 0.15 mag）是否更宜用幂律或宽幅对数正态PDF来描述？
• RQ5 该云气弥散、低面密度包层在质量与结构预算中的意义是什么？其形成机制可能如何？

主要发现

• 天坛座复合体覆盖约870 deg²，呈45 pc长的弯曲丝状结构，其星形成区（西端，即‘头部’）A_K > 5 mag，而东端（即‘尾部’）A_K ~ 0.05 mag。
• 约65%的云气质量位于A_V ≈ 1 mag以下，表明存在大量此前在CO或尘埃发射巡天中未被探测到的低面密度物质。
• 观测到的面密度PDF无法用单一的对数正态函数良好描述；相反，在高面密度区域存在显著过剩。
• 在A_K ≈ 0.15 mag以下，PDF的幅度与形状主要受测量噪声（1-σ ≈ 0.02 mag）支配，因此在此区域难以推断云气的真实PDF。
• 在A_K ≈ 0.15 mag以上，分子组分的PDF最符合指数为–3的幂律分布，尽管也可解释为一个峰值位于极低面密度的宽幅、低振幅对数正态PDF的尾部。
• 东端的弥散包层可能为原子态或过渡相物质，表明天坛座可能是一个研究孤立云气中从原子态向分子态转变及反馈过程的独特实验室。