[论文解读] A new view of the giant molecular cloud M16 (Eagle Nebula) in 12CO J=1-0 and 2-1 transitions with NANTEN2

Atsushi Nishimura, Jean C Costes+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用 8

一句话总结

本研究基于新的NANTEN2 CO (J=1-0 和 J=2-1) 观测，揭示了在M16（鹰状星云）中存在一个质量为1.3×10⁵ M☉的巨型分子云（GMC），其在银道面垂直方向上延伸达35 pc。作者提出，约10 km s⁻¹相对速度下蓝-和红-多普勒频移速度组分之间的碰撞触发了M16和N19区域的O型星形成，电离空腔和互补气体分布为该情景提供了支持。

ABSTRACT

M16, the Eagle Nebula, is an outstanding HII region where extensive high-mass star formation is taking place in the Sagittarius Arm, and hosts the remarkable "pillars" observed with HST. We made new CO observations of the region in the 12CO J=1--0 and J=2--1 transitions with NANTEN2. These observations revealed for the first time that a giant molecular cloud of $\sim 1.3 imes 10^5$ \Msun \ is associated with M16, which is elongated vertically to the Galactic plane over 35 pc at a distance of 1.8 kpc. We found a cavity of the molecular gas of $\sim 10$ pc diameter toward the heart of M16 at \lbeq (16.95\degree, 0.85\degree), where more than 10 O-type stars and $\sim 400$ stars are associated, in addition to a close-by molecular cavity toward a Spitzer bubble N19 at \lbeq (17.06\degree, 1.0\degree). We found three velocity components which show spatially complementary distribution in the entire M16 giant molecular cloud (GMC) including NGC6611 and N19, suggesting collisional interaction between them. Based on the above results we frame a hypothesis that collision between the red-shifted and blue-shifted components at a relative of $\sim 10$ \kms \ triggered formation of the O-type stars in the M16 GMC in the last 1-2 Myr. The collision is two fold in the sense that one of the collisional interactions is major toward the M16 cluster and the other toward N19 with a RCW120 type, the former triggered most of the O star formation with almost full ionization of the parent gas, and the latter an O star formation in N19.

研究动机与目标

• 利用高分辨率CO谱线观测，绘制M16巨型分子云（GMC）的分子气体结构与运动学特征。
• 研究分子气体组分之间的动力学相互作用及其与M16及邻近区域大质量恒星形成的关系。
• 检验云-云碰撞触发M16和斯皮策气泡N19中O型星形成的假说。
• 确定GMC的质量、尺寸和运动学结构，以评估其在大质量恒星形成中的作用。
• 考察O型星电离辐射对周围分子气体的影响，包括空腔形成和气体耗竭。

提出的方法

• 使用位于野坂射电天文台的NANTEN2望远镜，对M16和N19区域进行了大范围的CO J=1–0和J=2–1谱线观测。
• 绘制了M16 GMC中分子气体的空间与速度分布，识别出三个显著的速度组分：14.8–18.8 km s⁻¹（蓝移）、22.8–28.8 km s⁻¹（主峰）和28.8–30.8 km s⁻¹（红移）。
• 通过将X_CO因子应用于¹²CO J=1–0线发射，估算出GMC的总质量为1.3×10⁵ M☉。
• 分析速度组分之间的空间互补性，以推断动力学相互作用，特别是蓝-和红-多普勒频移气体之间的相互作用。
• 在M16核心和N19区域的分子发射中识别出强度减弱区，解释为O型星紫外辐射导致的电离空腔。
• 通过气体组分与星团之间的运动学和空间相关性，推断恒星形成的碰撞触发机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 与M16相关的巨型分子云的空间与运动学结构如何？
• RQ2 M16中分子气体的速度组分在空间上如何相关？这对其动力学相互作用有何含义？
• RQ3 云-云碰撞在触发M16和N19中O型星形成中起什么作用？
• RQ4 M16中的分子气体在多大程度上被NGC6611中的11颗O型星电离？
• RQ5 观测到的电离空腔和柱状结构如何反映大质量恒星形成的时机与机制？

主要发现

• M16 GMC在银道面经向和纬向范围为20 pc × 35 pc，其总质量通过¹²CO J=1–0发射估算为1.3×10⁵ M☉。
• 识别出三个显著的速度组分：蓝移组分（14.8–18.8 km s⁻¹）、主峰组分（22.8–28.8 km s⁻¹）和红移组分（28.8–30.8 km s⁻¹），其中主峰与红移组分表现出互补的空间分布。
• 在M16核心位置（l, b）=（16.95°, 0.85°）观测到一个直径约10 pc的分子空腔，与NGC6611中11颗O型星的电离作用一致。
• 在Spitzer气泡N19区域（l, b）=（17.06°, 1.0°）发现第二个空腔，与一颗O9型星相关，表明存在持续但较弱的电离作用。
• 蓝-和红-多普勒频移组分在整个GMC范围内表现出空间互补性，表明在约10 km s⁻¹的相对速度下发生了碰撞相互作用。
• 碰撞 timescale 估算为约3×10⁵ yr，与M16中O型星形成年龄（约1–2 Myr）一致，支持碰撞触发假说。