[论文解读] AST/RO Observations of CO J=4-3 Emission from the N44 Complex in the Large Magellanic Cloud

Sungeun Kim, W. Walsh+1 more|CERN Bulletin|Jun 7, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 33被引用 9

一句话总结

本研究利用AST/RO对大麦哲伦云中N44 H II复合体内的12 CO J=4→3辐射进行了观测，发现在巨大电离壳层边缘的N44BC区域存在强烈的发射。数据揭示了一片密度高达n₀ ≈ 10⁵ cm⁻³的致密分子云，并识别出一个由恒星风或超新星激波相互作用驱动的高速CO组分，其动能至少比H I和H II气体高一个数量级。

ABSTRACT

We present Antarctic Submillimeter Telescope and Remote Observatory (AST/RO) observations of 12CO J=4-3 and C I emission in the N44 H II complex in the Large Magellanic Cloud. We detected strong 12CO J=4-3 emission toward the H II region called as N44BC, which is located on the rim of an expanding giant shell in the N44 region. Analysis with a photodissociation region (PDR) model showed that the 12CO J=4-3 emitting cloud is very dense, with n ~ 10^5 cm^-3. We also note that there is a high-velocity component associated with the 12CO J=4-3 emission. This probably originates from molecular material accelerated as a result of the motion induced by the expanding giant shell surrounding LH47 in the N44 complex. We found that the kinetic energy of this high-velocity gas observed in the CO J=4-3 emission toward the rim of the expanding H II shell is at least an order of magnitude higher than the kinetic energy derived for the H I and H II gas in this region.

研究动机与目标

• 研究大麦哲伦云N44复合体中H I和H II壳层扫积物质内致密分子气体的存在情况。
• 确定与大质量恒星形成及壳层膨胀相关区域分子气体的物理条件，特别是密度和激发状态。
• 评估恒星反馈（恒星风和超新星）在加速分子气体及驱动星际介质动能方面的作用。

提出的方法

• 利用位于南极的南极亚毫米波望远镜与远程观测站（AST/RO）在2002年南半球冬季进行了亚毫米波观测。
• 使用声光光谱仪，在461.041 GHz（CO J=4→3）和492.262 GHz（[C I]）波段进行谱线成像，速度分辨率为1 km s⁻¹。
• 采用波束切换模式，参考位置位于20′以外，以提高信噪比并减少大气影响。
• 应用光致离解区（PDR）模型以推导分子气体的密度和激发条件。
• 通过13CO J=1→0、18CO J=1→0和17CO J=1→0线的多线性激发分析，估算H₂数密度。
• 利用CO J=4→3发射的质质量与速度估计值，计算高速分子组分的动能。

实验结果

研究问题

• RQ1 大麦哲伦云N44复合体中膨胀的H I和H II壳层内，分子气体的密度与激发结构如何？
• RQ2 是否存在与壳层膨胀相关的高速分子气体证据？其起源是什么？
• RQ3 该区域高速分子气体的动能与H I和H II相的动能相比如何？
• RQ4 壳层边缘的分子气体在多大程度上反映了LH 47星协恒星反馈的影响？
• RQ5 观测到的CO J=4→3发射能否由超新星遗迹或恒星风引起的激波加速机制解释？

主要发现

• 在N44复合体中膨胀的巨大H II壳层边缘的N44BC区域，检测到强烈的12 CO J=4→3发射。
• 通过PDR建模和多线性激发分析，得出与N44BC相关的分子云具有极高的密度，n₀ ≈ 10⁵ cm⁻³。
• 在LSR速度V_LSR = 304 km s⁻¹处识别出CO J=4→3发射的高速组分，亮度温度约为0.1 K，可能代表被加速的分子气体。
• 高速分子气体的动能估计值为≥2.6×10⁵¹ erg，比H I和H II气体的动能至少高一个数量级。
• 壳层的总动能（包括电离气体和原子气体）与压力驱动气泡模型预测的恒星风和超新星能量输入相当。
• CO J=4→3发射云的分子质量估计值比以往的virial质量估算高出至少一个数量级，表明存在更丰富的致密分子气体储备。