[论文解读] ALMA survey of massive cluster progenitors from ATLASGAL. Limited fragmentation at the early evolutionary stage of massive clumps

T. Csengeri, Sylvain Bontemps+19 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 36被引用 28

一句话总结

这项ALMA巡天调查研究了银河系中早期阶段的大质量团块，揭示了有限的碎片化和较高的核心形成效率。研究发现，质量高达400 M⊙的大致致密核心（MDCs）以高浓度形成，表明在秒差距尺度上发生了全局坍缩，由于湍流或磁场不足以支撑如此大质量的核心，该发现挑战了现有模型。

ABSTRACT

The early evolution of massive cluster progenitors is poorly understood. We investigate the fragmentation properties from 0.3 pc to 0.06 pc scales of a homogenous sample of infrared-quiet massive clumps within 4.5 kpc selected from the ATLASGAL survey. Using the ALMA 7m array we detect compact dust continuum emission towards all targets, and find that fragmentation, at these scales, is limited. The mass distribution of the fragments uncovers a large fraction of cores above 40 $M_\odot$, corresponding to massive dense cores (MDCs) with masses up to ~400 $M_\odot$. 77 % of the clumps contain at most 3 MDCs per clump, and we also reveal single clumps/MDCs. The most massive cores are formed within the more massive clumps, and a high concentration of mass on small scales reveals a high core formation efficiency. The mass of MDCs highly exceeds the local thermal Jeans-mass, and observational evidence is lacking for a sufficiently high level of turbulence or strong enough magnetic fields to keep the most massive MDCs in equilibrium. If already collapsing, the observed fragmentation properties with a high core formation efficiency are consistent with the collapse setting in at parsec scales.

研究动机与目标

• 理解在明亮大质量年轻恒星形成之前，大质量星团前体的早期演化过程。
• 研究在红外安静的大质量团块中，从0.3 pc到0.06 pc尺度上的碎片化特性。
• 确定湍流、磁场或全局坍缩是否能解释大质量致密核心（MDCs）的形成。
• 评估核心形成效率（CFE）及其对大质量恒星形成模型的影响。
• 识别维持或抑制最巨大团块中碎片化的物理机制。

提出的方法

• 从ATLASGAL巡天中选取35个位于4.5 kpc以内的红外安静大质量团块，优先选择表面密度高且总辐射光度低的源。
• 使用ALMA 7米阵列在Band 7进行观测，采用宽频带和低 spectral 分辨率以实现连续谱成像。
• 采用稳健加权（0.5）和CLEAN反卷积法生成高动态范围连续谱图像，并校正主波束衰减效应。
• 识别无谱线通道以提取尘埃连续谱发射，测量核心质量和碎片化水平。
• 使用标准CASA 4.2.1流程进行数据校准，系统温度在100–150 K之间。
• 分析核心质量函数和碎片化模式，以评估核心形成效率和质量集中度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最早演化阶段，大质量团块在0.3 pc至0.06 pc尺度上的碎片化模式如何？
• RQ2 湍流和磁场在多大程度上能支持最巨大核心（MDCs）抵抗引力坍缩？
• RQ3 观测到的高核心形成效率是否与云团碎片的全局坍缩一致？
• RQ4 MDCs的质量分布如何与初始质量储库及最终的恒星初始质量函数（IMF）相关？
• RQ5 哪些物理机制能解释质量高达约400 M⊙的MDCs的形成，而无需足够的virial支持？

主要发现

• 所有35个目标均显示出紧凑的尘埃连续谱发射，证实了致密核心的存在。
• 77%的团块最多仅包含三个大质量致密核心（MDCs），表明在早期阶段碎片化有限。
• MDC质量可达约400 M⊙，其中显著比例超过40 M⊙，表明核心形成效率较高。
• 最重的MDCs优先形成于质量最大的团块中，表明团块质量与核心质量之间存在强烈相关性。
• 核心形成效率高，质量集中在小尺度上，与在秒差距尺度上已启动坍缩的模型一致。
• 观测到的MDC质量远超过局部热 Jeans 质量，且仅靠湍流或磁场均无法解释其稳定性，暗示坍缩已开始。