[论文解读] An unbiased search for the signatures of protostars in the rho Ophiuchi Molecular Cloud. II. Millimetre continuum observations

Thomas Stanke, M. D. Smith+2 more|ArXiv.org|Nov 2, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies被引用 81

一句话总结

本研究对ρ Ophiuchi分子云进行了无偏的1.2毫米连续谱调查，探测到136个尘埃源，包括无星核和原恒星。研究发现，核心质量函数与恒星初始质量函数相似，但质量尺度上偏移了两倍，且在不同区域间无显著差异——支持在超音速、分层环境中由湍流驱动的核心形成，核心取向呈各向同性，且核心对呈现偏好性的NW-SE取向。

ABSTRACT

We have performed a 1 square degree 1.2mm dust continuum survey in the rho Oph molecular cloud. We detect a number of previously unknown sources, ranging from extended cores over compact, starless cores to envelopes surrounding young stellar objects of Class 0, Class I, and Class II type. We analyse the mass distribution, spatial distribution and the potential equilibrium of the cores. For the inner regions, the survey results are consistent with the findings of previous narrower surveys. The core mass function resembles the stellar initial mass function, with the core mass function shifted by a factor of two to higher masses (for the chosen opacity and temperature). In addition, we find no statistical variation in the core mass function between the crowded inner regions and those in more isolated fields except for the absence of the most massive cores in the extended cloud. The inner region contains compacter cores. This is interpreted as due to a medium of higher mean pressure although strong pressure variations are evident in each region. The cores display a hierarchical spatial distribution with no preferred separation scale length. However, the frequency distribution of nearest neighbours displays two peaks, one of which at 5000AU can be the result of core fragmentation. The orientations of the major axes of cores are consistent with an isotropic distribution. In contrast, the relative orientations of core pairs are preferentially in the NW-SE direction on all separation scales. These results are consistent with core production and evolution in a turbulent environment. We report a new low-mass Class 0 object and its CO outflow.

研究动机与目标

• 在1.2毫米波段对ρ Ophiuchi分子云中的尘埃连续谱源进行无偏、大视场调查，以避免先前窄场研究带来的选择偏差。
• 表征致密核心的质量分布、空间分布及其动力学状态，包括其潜在的平衡状态和virial参数。
• 研究核心属性（如质量函数和空间聚集）在密集内区与更孤立的外区之间是否存在差异。
• 识别新的原恒星候选体，并研究其喷流，特别关注低质量Class 0类天体。
• 将亚毫米连续谱特性与红外及分子喷流数据关联，以约束恒星形成模型。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台开展大视场（4,600平方弧分）的1.2毫米连续谱调查，空间分辨率约为24弧秒（在125 pc距离处对应约3,500 AU）。
• 通过1.2毫米波长的尘埃发射估算核心质量，假设尘埃光学厚度指数β = 2，尘埃温度为10 K，质量由通量密度和距离推导得出。
• 利用最近邻统计与取向分析方法研究核心的空间分布，以检测聚集现象、偏好分离尺度及排列模式。
• 将核心质量函数（CMF）与恒星初始质量函数（IMF）进行比较，检验其是否存在偏移或拐点，并评估其与对数正态或幂律形式的一致性。
• 通过比较观测质量与临界Bonnor-Ebert或Jeans质量，评估核心稳定性，使用核心大小与密度估计值。
• 通过谱线分析及与亚毫米连续谱峰值的空间重合，识别出一个新的低质量Class 0类原恒星候选体及其相关的CO喷流。

实验结果

研究问题

• RQ1 ρ Ophiuchi分子云中的核心质量函数是否与恒星初始质量函数相似？若相似，其质量尺度偏移因子是多少？
• RQ2 在密集内区与更孤立的外区之间，核心质量函数或空间分布是否存在显著差异？
• RQ3 湍流在塑造核心的空间聚集、取向及质量分布方面扮演何种角色？
• RQ4 核心取向与相对对排列是否指示了某种优先的形成方向或动力学演化特征？
• RQ5 观测到的核心属性是否可由湍流主导、引力不稳定的环境解释，而非静止的坍缩过程？

主要发现

• 核心质量函数（CMF）与恒星初始质量函数一致，但假设标准尘埃光学厚度和温度时，其质量尺度整体偏移约两倍。
• 在密集内区与孤立外区之间，CMF无显著差异，仅在延伸云区缺失最高质量的核心。
• 内区包含更多紧凑核心，可解释为平均环境压强较高所致，尽管局部压强变化剧烈。
• 核心取向呈各向同性分布，但核心对的相对取向在所有分离尺度上均显示偏好性的NW-SE取向，表明存在大尺度各向异性。
• 最近邻分离距离的频率分布显示两个峰，其中一个位于约5,000 AU，可能反映核心碎片化过程。
• 发现一个新的低质量Class 0类原恒星候选体，其伴随CO喷流，为早期阶段恒星形成提供了直接证据。