[论文解读] Gaia: Orion's Integral Shaped Filament is a Standing Wave

Amelia M. Stutz, Valentina I. Gonzalez-Lobos+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2018

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用 12

一句话总结

本文提出，猎户座的积分形状丝状体（ISF）是由引力磁振荡驱动的驻波，利用盖亚视 parallax 数据表明，II 类恒星的距离与气体径向速度之间存在关系 $v = -D/\tau + K$，其中 $ au = 4\,\text{Myr}$，证实了“弹弓”模型。此外，研究还识别出一个传播方向向南的较短 timescale 扭转波（$ au_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$），该波可能负责星团形成和丝状体截断。

ABSTRACT

The Integral Shaped Filament (ISF) is the nearest molecular cloud with rapid star formation, including massive stars, and it is therefore a star-formation laboratory. We use Gaia parallaxes, to show that the distances to young Class II stars ('disks') projected along the spine of this filament are related to the gas radial velocity by $$ v = -{D\overτ} + K;\qquad τ= 4\,{ m Myr}, $$ where $K$ is a constant. This implies that the ISF is a standing wave, which is consistent with the Stutz & Gould (2016) 'Slingshot' prediction. The $τ=4\,{ m Myr}$ timescale is consistent with the 'Slingshot' picture that the Orion Nebula Cluster (ONC) is the third cluster to be violently split off from the Orion A cloud (following NGC 1981 and NGC 1987) at few-Myr intervals due to gravito-magnetic oscillations. We also present preliminary evidence that the truncation of the ISF is now taking place $16^\prime$ south of the ONC and is mediated by a torsional wave that is propagating south with a characteristic timescale $τ_{ m torsion} = 0.5\,{ m Myr}$, i.e. eight times shorter. The relation between these two wave phenomena is not presently understood.

研究动机与目标

• 测试‘弹弓’星团形成模型，该模型预测星团通过丝状云中引力波振荡依次形成。
• 确定沿ISF分布的年轻II类恒星的空间与运动学分布是否支持驻波结构。
• 研究在ISF南端观测到的短 timescale 扭转波的起源与性质，该波可能与星团形成和丝状体截断有关。
• 在星团喷射与丝状体动力学的背景下，调和大尺度驻波（4 Myr timescale）与短 timescale 扭转波（0.5 Myr timescale）之间的关系。

提出的方法

• 利用盖亚 parallax 测量投影在ISF主干上的II类恒星（原行星盘）的精确距离。
• 应用关系式 $v = -D/\tau + K$ 将径向速度与距离相关联，其中 $D$ 为视线距离，$\tau$ 为波的特征 timescale。
• 使用Stutz & Kainulainen (2015) 的3D尘埃密度图对丝状体进行去投影，以建模引力势能与波动力学。
• 分析 ${\rm N_2H^+}$ 和 13CO 辐射的位置-速度（PV）图，以识别波的模式并测量振荡振幅与波长。
• 估算去投影因子 $\cot\psi \approx \cot(20^\circ)$，以校正波传播 timescale 中的倾角效应。
• 将观测到的波特征与Stutz & Gould (2016) 的‘弹弓’模型预测进行比较，特别是波诱导星团喷射的概念。

实验结果

研究问题

• RQ1 ISF上观测到的II类恒星分布是否支持由引力磁振荡驱动的驻波结构？
• RQ2 ISF中观测到的大尺度波的特征动力学 timescale $\tau$ 是多少？其是否与‘弹弓’模型预测的4 Myr timescale一致？
• RQ3 在ONC以南16′处ISF的突然截断是否与较短 timescale 的扭转波有关？其传播 timescale 是多少？
• RQ4 在星团形成背景下，大尺度驻波（$\tau = 4\,\text{Myr}$）与短 timescale 扭转波（$\tau_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$）之间存在何种关系？
• RQ5 该扭转波是否可能触发了约500年前在波的末端附近发生的BNKL爆发？

主要发现

• ISF上II类恒星的径向速度与距离之间存在关系 $v = -D/\tau + K$，其中 $\tau = 4\,\text{Myr}$，证实存在大尺度驻波。
• 该驻波在 $3^\prime$ 区间内保持恒定的速度振幅 $\Delta v \approx 2\,\text{km\,s}^{-1}$，表明其为相干振荡。
• 该波在ONC以南16′处突然终止，此时速度振幅增至 $\Delta v \approx 10\,\text{km\,s}^{-1}$，且丝状体变得不稳定。
• 识别出一个时间尺度为 $\tau_{\rm torsion} = 0.5\,\text{Myr}$ 的较短 timescale 扭转波，从猎户座A北部边缘向南传播。
• 该扭转波的末端与ISF截断位置一致，且在空间上接近约500年前发生的BNKL爆发地点。
• 两种波——大尺度驻波与短 timescale 扭转波——似乎在相同位置终止，暗示存在物理关联，但其确切机制尚不明确。