[论文解读] Kinematic structure of massive star-forming regions - I. Accretion along filaments

J. Tackenberg, H. Beuther+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jan 31, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 81被引用 27

一句话总结

本研究结合N₂H⁺谱线数据与赫歇尔PACS和SPIRE远红外观测，调查了大质量恒星形成区的动力学结构。研究发现，三个纤维状结构表现出与沿纤维方向吸积流一致的速度梯度，表明质量持续流入致密团块；而线宽则主要受喷流和未分辨速度梯度的影响。

ABSTRACT

The mid- and far-infrared view on high-mass star formation, in particular with the results from the Herschel space observatory, has shed light on many aspects of massive star formation. However, these continuum studies lack kinematic information. We study the kinematics of the molecular gas in high-mass star-forming regions. We complemented the PACS and SPIRE far-infrared data of 16 high-mass star-forming regions from the Herschel key project EPoS with N2H+ molecular line data from the MOPRA and Nobeyama 45m telescope. Using the full N2H+ hyperfine structure, we produced column density, velocity, and linewidth maps. These were correlated with PACS 70micron images and PACS point sources. In addition, we searched for velocity gradients. For several regions, the data suggest that the linewidth on the scale of clumps is dominated by outflows or unresolved velocity gradients. IRDC18454 and G11.11 show two velocity components along several lines of sight. We find that all regions with a diameter larger than 1pc show either velocity gradients or fragment into independent structures with distinct velocities. The velocity profiles of three regions with a smooth gradient are consistent with gas flows along the filament, suggesting accretion flows onto the densest regions. We show that the kinematics of several regions have a significant and complex velocity structure. For three filaments, we suggest that gas flows toward the more massive clumps are present.

研究动机与目标

• 理解大质量恒星形成区的动力学结构，特别是纤维状气流在大质量恒星形成中的作用。
• 解决现有赫歇尔远红外连续谱研究在大质量恒星形成中缺乏动力学信息的问题。
• 确定分子气体中的速度梯度和线宽变化是由吸积、喷流还是碎片化引起的。
• 识别气流沿纤维方向与致密团块吸积一致的区域。

提出的方法

• 结合MOPRA和野边45米望远镜的N₂H⁺超精细结构谱线数据与赫歇尔PACS和SPIRE远红外测光数据。
• 利用完整的N₂H⁺超精细结构分析，生成柱密度、径向速度和线宽的高空间分辨率分布图。
• 将N₂H⁺动力学图与70 μm PACS图像及点源进行关联，识别与嵌入式原恒星的对应关系。
• 识别速度梯度并分析其与纤维状结构的空间对齐，以推断气流模式。
• 对ATLASGAL 870 μm数据使用CLUMPFIND提取团块群体，估算团块质量与柱密度。
• 评估线宽变化，并与喷流活动及SiO发射相关联，以分离动力学贡献。

实验结果

研究问题

• RQ1 大质量恒星形成区中的速度梯度是否与沿纤维方向的气体吸积流一致？
• RQ2 在团块尺度上线宽变化的成因是什么——喷流、湍流还是未分辨的速度梯度？
• RQ3 团块的动力学特性如何与嵌入式原恒星（PACS点源）的存在相关联？
• RQ4 纤维中速度结构在多大程度上反映了整体的引力坍缩或局部的吸积过程？
• RQ5 在有无活跃喷流的区域中，IRDC和大质量团块的动力学特征有何不同？

主要发现

• 三个大质量恒星形成区——IRDC 18223、G28.34和IRDC 18454——表现出与向致密团块吸积流一致的平滑速度梯度。
• 所有直径大于1 pc的区域均表现出速度梯度或分裂为独立的速度成分，表明存在复杂动力学结构。
• 团块尺度上线宽主要由喷流和未分辨速度梯度主导，SiO发射团块的线宽显著增强。
• IRDC 18454的平均线宽为其他区域的两倍，可能因其位于W43微型星暴区，暗示湍流增强或存在多个速度成分。
• 具有PACS点源的团块比没有点源的团块具有更低的virial参数值（α），表明质量更集中，可能由于竞争性吸积或更早的形成时期，星前形成更早。
• 动力学数据支持一种动态恒星形成场景，即纤维通过持续吸积向致密团块供给质量，尽管初始气流的起源仍不明确。