[论文解读] Ionization compression impact on dense gas distribution and star formation, Probability density functions around H ii regions as seen by Herschel

Pascal Tremblin, N. Schneider+23 more|NPARC|Jan 28, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 92被引用 53

一句话总结

本研究利用赫歇尔空间望远镜对H ii区（M16、玫瑰星云、RCW120、Vela C）的远红外柱密度图，表明电离驱动压缩改变了致密气体的概率密度函数（PDF），导致双峰或展宽的对数正态分布。第二个峰源于电离前沿处被压缩的气体，而高柱密度处的幂律尾部则表明引力坍缩。这些PDF特征有助于区分触发形成与预先存在的恒星形成。

ABSTRACT

Ionization feedback should impact the probability distribution function (PDF) of the column density around the ionized gas. We aim to quantify this effect and discuss its potential link to the Core and Initial Mass Function (CMF/IMF). We used in a systematic way Herschel column density maps of several regions observed within the HOBYS key program: M16, the Rosette and Vela C molecular cloud, and the RCW 120 H ii region. We fitted the column density PDFs of all clouds with two lognormal distributions, since they present a double-peak or enlarged shape in the PDF. Our interpretation is that the lowest part of the column density distribution describes the turbulent molecular gas while the second peak corresponds to a compression zone induced by the expansion of the ionized gas into the turbulent molecular cloud. The condensations at the edge of the ionized gas have a steep compressed radial profile, sometimes recognizable in the flattening of the power-law tail. This could lead to an unambiguous criterion able to disentangle triggered from pre-existing star formation. In the context of the gravo-turbulent scenario for the origin of the CMF/IMF, the double peaked/enlarged shape of the PDF may impact the formation of objects at both the low-mass and the high-mass end of the CMF/IMF. In particular a broader PDF is required by the gravo-turbulent scenario to fit properly the IMF with a reasonable initial Mach number for the molecular cloud. Since other physical processes (e.g. the equation of state and the variations among the core properties) have already been suggested to broaden the PDF, the relative importance of the different effects remains an open question.

研究动机与目标

• 量化H ii区电离反馈对致密分子气体的压缩作用及其对柱密度分布的影响。
• 研究电离压力与湍流动压对柱密度PDF形状的影响。
• 确定观测到的PDF形态是否可作为区分触发形成与预先存在的恒星形成的诊断工具。
• 评估电离压缩在引力-湍流情景下对初始质量函数（IMF）形成的作用。
• 基于径向密度剖面与幂律尾部，识别可明确检测触发核心坍缩的观测标准。

提出的方法

• 从HOBYS关键项目获取M16、玫瑰星云、RCW120与Vela C分子云的赫歇尔柱密度图。
• 以主要电离源为中心，利用空间分辨的柱密度图，计算同心圆环区域的PDF。
• 采用双对数正态分布（分别代表湍流气体与压缩气体）与高柱密度区的幂律函数组合拟合PDF。
• 分析压缩参数（p1/p0）与径向密度剖面的变化，识别外部压缩的特征。
• 通过高柱密度像素与电离前沿的空间相关性，定位潜在的核心坍缩位置。
• 提出径向密度剖面判据（自由下落为r⁻²，强制坍缩为更陡峭），以明确区分触发形成与预先存在的恒星形成。

实验结果

研究问题

• RQ1 H ii区的电离压缩如何改变分子云中柱密度PDF的形状？
• RQ2 电离压力与湍流动压在塑造PDF双峰结构中的相对贡献如何？
• RQ3 PDF中的幂律尾部是否可与引力坍缩关联？其斜率与核心形成的关系如何？
• RQ4 H ii区附近致密凝聚体的径向密度剖面能否区分触发形成与预先存在的恒星形成？
• RQ5 电离驱动压缩在多大程度上导致PDF展宽，从而在引力-湍流情景下实现与观测IMF一致的初始质量函数？

主要发现

• H ii区环境中的柱密度PDF始终呈现双峰或展宽的对数正态分布，表明存在两种不同的气态组分：湍流气体与电离前沿处的压缩气体。
• PDF中的第二个峰对应于电离压力压缩的气体，压缩参数p1/p0从最内层区域的0.58降至最外层圆盘的0.09，表明越靠近电离源，压缩越强。
• 所有区域在高柱密度处均存在幂律尾部，归因于引力坍缩，空间PDF图中可识别出明确的单核心坍缩候选体。
• 电离气体边缘的致密凝聚体表现出陡峭的径向密度剖面，通常比r⁻²更平坦，表明为强制坍缩而非自由下落，支持触发形成机制。
• 由电离压缩引起的PDF展宽可能有助于调和引力-湍流情景与观测IMF的一致性，尤其当结合状态方程或核心属性变化等其他效应时。
• 提出径向密度剖面判据（自由下落为r⁻²，强制坍缩为更陡峭）作为可靠且明确的观测工具，可用于无歧义地识别触发恒星形成，且适用范围不限于电离反馈。