[论文解读] High-mass star formation triggered by collision between CO filaments in N159 West in the Large Magellanic Cloud

Y. Fukui, Ryohei Harada+21 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用 3

一句话总结

本研究利用ALMA 13CO(2–1)观测，首次在大麦哲伦云的N159 West区域探测到河外星系中的原恒星分子喷流。研究提出，约10⁵年前，两道CO丝状结构相交处因碰撞引发的湍流，导致了一颗质量为37 M☉的高质量恒星形成，其质量吸积率（约6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹）由激波驱动的湍流克服恒星反馈而增强。

ABSTRACT

We have carried out 13CO(J=2-1) observations of the active star-forming region N159 West in the LMC with ALMA. We have found that the CO distribution at a sub-pc scale is highly elongated with a small width. These elongated clouds called "filaments" show straight or curved distributions with a typical width of 0.5-1.0pc and a length of 5-10pc. All the known infrared YSOs are located toward the filaments. We have found broad CO wings of two molecular outflows toward young high-mass stars in N159W-N and N159W-S, whose dynamical timescale is ~10^4 yrs. This is the first discovery of protostellar outflow in external galaxies. For N159W-S which is located toward an intersection of two filaments we set up a hypothesis that the two filaments collided with each other ~10^5 yrs ago and triggered formation of the high-mass star having ~37 Mo. The colliding clouds show significant enhancement in linewidth in the intersection, suggesting excitation of turbulence in the shocked interface layer between them as is consistent with the magneto-hydro-dynamical numerical simulations (Inoue & Fukui 2013). This turbulence increases the mass accretion rate to ~6x10^-4 Mo yr^-1, which is required to overcome the stellar feedback to form the high-mass star.

研究动机与目标

• 研究大麦哲伦云N159 West区域中高质量恒星形成的物理机制。
• 确定CO丝状结构之间的云云碰撞是否能在河外星系中触发高质量恒星形成。
• 评估湍流与质量吸积率在克服强恒星反馈影响下促进高质量恒星形成的作用。
• 为高质量恒星形成中核心形成的非引力、碰撞驱动机制提供观测证据。

提出的方法

• 利用ALMA对N159 West区域进行高分辨率13CO(J=2–1)观测，以亚秒差距尺度绘制分子气体结构与运动学特征。
• 识别出宽度为0.5–1.0 pc、长度为5–10 pc的拉长丝状CO结构，其方向与已知的红外YSO一致。
• 分析谱线轮廓，检测到显示分子喷流的展宽线翼，动力学 timescale约为10⁴年。
• 模拟两道丝状结构在N159W-S处相交的碰撞情景，根据云体速度弥散度与间距估算碰撞 timescale（约6×10⁴年）。
• 根据恒星质量（37 M☉）与推断的形成 timescale（约10⁵年）计算质量吸积率（约6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹），该值与理论阈值一致。
• 利用ALMA连续谱与CS(2–1)数据，对尘埃与致密气体的线质量密度设定上限，确认交点区域外无先前存在的致密核心。

实验结果

研究问题

• RQ1 河外星系中的丝状结构碰撞能否触发高质量恒星形成？其支持证据是什么？
• RQ2 云云碰撞产生的湍流在提高高质量恒星形成期间质量吸积率方面起什么作用？
• RQ3 N159W-S区域观测到的高质量恒星是通过先前存在的致密核心的引力塌缩形成的，还是通过碰撞驱动的质量集中形成的？
• RQ4 观测到的喷流动力学 timescale与质量吸积率与高质量恒星形成所需的理论条件相比如何？

主要发现

• 首次在N159W-N与N159W-S区域的年轻高质量恒星方向探测到河外星系中的原恒星分子喷流，其动力学 timescale约为10⁴年。
• N159W-S区域的高质量恒星位于两条CO丝状结构的交点处，表明其约10⁵年前由碰撞触发形成。
• 碰撞区域显示线宽增强，表明存在激波激发的湍流，与MHD模拟结果一致（Inoue & Fukui, 2013）。
• 推断的质量吸积率（约6×10⁻⁴ M☉ yr⁻¹）足以克服恒星反馈，形成质量为37 M☉的恒星。
• 在交点区域外的丝状结构中未检测到致密团块或显著的尘埃辐射，表明不存在先前存在的大质量核心。
• 结果支持一种情景：碰撞诱导的湍流能有效将质量集中至激波压缩的核心中，而无需依赖初始自引力作用。