[论文解读] Evidence for a Cloud-Cloud Collision in Sh2-233 Triggering the Formation of the High-mass Protostar Object IRAS 05358+3543

Rin I Yamada, Y. Fukui+8 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 57被引用 9

一句话总结

本文提供了证据，表明在Sh2-233区域发生的云-云碰撞通过将气体压缩成一条长度为5-pc、宽度为1.5-pc的丝状云，触发了大质量原恒星IRAS 05358+3543的形成。该碰撞以2.6 km s⁻¹的速度持续约0.5 Myr，高效地将100 M⊙集中到半径为0.1 pc的核中，为大质量恒星形成单体坍缩模型所要求的致密大质量核的形成提供了一个可行机制。

ABSTRACT

We have carried out a new kinematical analysis of the molecular gas in the Sh2-233 region by using the CO $J$ = 2-1 data taken at $\sim$0.5 pc resolution. The molecular gas consists of a filamentary cloud of 5-pc length with 1.5-pc width where two dense cloud cores are embedded. The filament lies between two clouds, which have a velocity difference of 2.6 km s$^{-1}$ and are extended over $\sim$5 pc. We frame a scenario that the two clouds are colliding with each other and compressed the gas between them to form the filament in $\sim$0.5 Myr which is perpendicular to the collision. It is likely that the collision formed not only the filamentary cloud but also the two dense cores. One of the dense cores is associated with the high-mass protostellar candidate IRAS 05358+3543, a representative high-mass protostar. In the monolithic collapse scheme of high mass star formation, a compact dense core of 100 $M_\odot$ within a volume of 0.1 pc radius is assumed as the initial condition, whereas the formation of such a core remained unexplained in the previous works. We argue that the proposed collision is a step which efficiently collects the gas of 100 $M_\odot$ into 0.1 pc radius. This lends support for that the cloud-cloud collision is an essential process in forming the compact high-mass dense core, IRAS 05358+3543.

研究动机与目标

• 调查Sh2-233区域分子气体的运动学结构，以理解大质量原恒星IRAS 05358+3543的起源。
• 确定云-云碰撞是否能够解释单体坍缩模型中大质量恒星形成所要求的致密大质量核的形成。
• 评估超音速碰撞在实现大质量恒星形成区域中观测到的高面密度（~1 g cm⁻²）中的作用。
• 将观测到的速度结构和丝状形态与碰撞诱导压缩的物理情景联系起来。

提出的方法

• 利用位于亚毫米波望远镜（SMT）的CO (J=2–1) 数据，在约0.5 pc的分辨率下进行新的运动学分析。
• 绘制丝状云中的速度场，以识别速度不连续性以及不同组分之间的系统性差异。
• 识别出两个具有2.6 km s⁻¹速度差的独立速度组分，表明发生了超音速碰撞。
• 基于不同的撞击角度（30°–60°），利用丝状云的宽度（1.5 pc）和速度差估算碰撞 timescale（5–8 × 10⁵ yr）。
• 将运动学特征与1.3 mm波长的尘埃连续辐射发射相关联，以识别亚-pc尺度的凝聚结构。
• 将观测到的面密度和喷流动力时序与云-云碰撞触发大质量O型星形成的理论标准进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 云-云碰撞能否解释与IRAS 05358+3543相关联的大质量、紧凑核的形成？
• RQ2 在Sh2-233区域，超音速云碰撞的运动学特征是什么？
• RQ3 碰撞 timescale 与年轻恒星的观测年龄相比如何？
• RQ4 观测到的速度不连续性以及气体组分的互补分布是否支持丝状结构的碰撞起源？
• RQ5 该核的面密度是否符合云-云碰撞触发大质量恒星形成的理论预期？

主要发现

• Sh2-233中的分子气体形成了一条长度为5-pc、宽度为1.5-pc的丝状云，总质量为1000 M⊙，其中包含两个与年轻恒星（年龄小于2 Myr）相关的致密13CO峰值。
• 在丝状云中观测到2.6 km s⁻¹的速度不连续性，其中东北方向的速度组分为-18.6 km s⁻¹，西南方向为-16.0 km s⁻¹，表明发生了超音速碰撞。
• 丝状云位于两个云的边界上，两云重叠区域的13CO强度增强，支持碰撞诱导压缩的场景。
• 基于丝状云的宽度和速度差，估算出碰撞 timescale 为(5–8) × 10⁵ yr，与观测到的年轻恒星群体一致。
• 在IRAS 05358+3543方向探测到一个半径为0.1 pc、质量为100 M⊙的尘埃凝聚结构，与单体坍缩模型的初始条件相符。
• 该核的面密度为(1–2) × 10²² cm⁻²，满足基于统计标准的云-云碰撞触发O型星形成的阈值。