[论文解读] Fragmentation of high line-mass filaments as revealed by ALMA: the integral shaped filament in Orion A

J. Kainulainen, Amelia M. Stutz+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2016

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 6被引用 3

一句话总结

利用ALMA在约3''分辨率下的3毫米连续谱观测，本研究揭示了猎户座A中高线密度积分形状丝状结构（ISF）存在两种模式的碎片化：密集核以约30,000 AU的间距周期性地聚集成群，且在约6,000 AU间距内形成更紧密的亚群。在17,000 AU以下的尺度上，核表现出强烈的聚集现象，且原恒星继承了这种聚集模式，表明核的聚集在早期演化过程中得以维持，但随后被动力学弹射机制所破坏。

ABSTRACT

We study the fragmentation of the most nearby high line-mass filament, the integral shaped filament (ISF) in the Orion A molecular cloud. We have observed a 1.6 pc long section of the ISF with the Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) at 3 mm continuum emission, at a resolution of $\sim$3 (1$\,$200 AU). We identify from the region 40 dense cores with masses on the order of a solar mass. The nearest neighbour separation distribution of the cores does not show a preferred fragmentation scale; the frequency of short separations increases down to our resolution limit. We apply a two-point correlation analysis on the dense core separations and show that the cores are significantly grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU and strongly grouped below $\sim$6$\,$000 AU. In addition, the two-point correlation function indicates periodic grouping of the cores into groups of $\sim$30$\,$000 AU in size, separated by $\sim$55$\,$000 AU. The groups coincide with dust column density peaks detected by Herschel. These results suggest a two-mode fragmentation in which the maternal filament periodically fragments into groups of dense cores. The strong increase of separations below 6$\,$000 AU may be related to the regime of significant core-to-core interactions. We also find that the protostars in the northern ISF are grouped at separations below $\sim$17$\,$000 AU. The stars with disks do not show significant grouping in the ALMA-covered region. This suggests that the grouping of dense cores is partially retained over the protostar lifetime, but not over the lifetime of stars with disks. This is in agreement with protostars being ejected from the maternal filament by the slingshot mechanism, a model recently proposed for the ISF by Stutz & Gould. The separation distributions of the dense cores and protostars may also provide an evolutionary tracer of filament fragmentation.

研究动机与目标

• 研究猎户座A中高线密度积分形状丝状结构（ISF）的碎片化模式，该区域是研究大质量恒星形成的关键场所。
• 确定ISF中的碎片化是否遵循特定尺度，或表现出分层聚集的特性。
• 检查密集核、尘埃面密度峰值与原恒星之间的空间相关性，以推断演化动力学。
• 评估核的聚集是否在原恒星演化过程中得以保留，或是否被动力学过程所破坏。

提出的方法

• 对ISF中1.6 pc长的区域进行了ALMA 3毫米连续谱观测，空间分辨率为~3''（1,200 AU），以探测密集核。
• 从连续谱发射中识别出总共40个质量约为1个太阳质量的密集核。
• 对核间距应用两点相关性分析，以量化不同尺度上的空间聚集程度。
• 利用相关函数检测周期性聚集模式，通过峰值位置确定特征尺度。
• 将赫歇尔望远镜获得的尘埃面密度图与核位置进行交叉匹配，评估其与密度峰值的对齐程度。
• 比较密集核与原恒星的分离分布，以追踪聚集特性在演化过程中的变化。

实验结果

研究问题

• RQ1 ISF的碎片化是否表现出特定尺度，还是呈现分层且与尺度相关的特征？
• RQ2 ISF中的密集核是否在空间上成群分布？如果是，其特征间距是多少？
• RQ3 核分布中是否存在周期性聚集的证据？这些群集是否与尘埃面密度峰值对齐？
• RQ4 原恒星的空间聚集特性与密集核相比如何？这对核的演化意味着什么？
• RQ5 核与原恒星的分离分布能否作为丝状结构碎片化与动力学演化过程的示踪指标？

主要发现

• 密集核的最近邻分离分布未显示出明显的碎片化特征尺度，短距离分离的频率随分辨率极限（~3''，即1,200 AU）持续增加。
• 两点相关性分析显示，在分离距离低于~17,000 AU时核群集显著，且在低于~6,000 AU时聚集强度更强。
• 相关函数表明核以约30,000 AU为尺度周期性聚集成群，群间间距约55,000 AU，与双模式碎片化过程一致。
• 这些周期性群集在空间上与赫歇尔望远镜探测到的尘埃面密度峰值重合，表明碎片化与局部密度增强存在关联。
• 北部ISF中的原恒星在分离距离低于~17,000 AU时也呈现群集分布，表明核的聚集在原恒星阶段部分得以保留。
• 在ALMA覆盖区域内，具有盘的恒星未表现出显著的空间群集，表明盘阶段的恒星已失去初始的核聚集，可能由于动力学弹射所致。