[论文解读] Molecular globules in the Veil bubble of Orion. IRAM 30m 12CO, 13CO, and C18O 2-1 expanded maps of Orion A

J. R. Goicoechea, C. H. M. Pabst+14 more|Leiden Repository (Leiden University)|Apr 27, 2020

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 104被引用 10

一句话总结

本研究利用高分辨率IRAM 30米望远镜对猎户座A星云中的Veil气泡进行了12CO、13CO和C18O（2-1）波段的观测，揭示了嵌入电离壳层中的蓝移分子球状体。尽管处于强烈的紫外辐射环境中，这些致密且受压强约束的球状体（平均n_H ≈ 4×10⁴ cm⁻³，M_g ≈ 0.3 M☉）很可能是由激波和辐射塑造的瞬态结构，部分显示出早期柱状结构形成的迹象或包含年轻恒星，表明反馈机制即使在极端环境中也能维持分子核心。

ABSTRACT

Strong winds and ultraviolet (UV) radiation from O-type stars disrupt and ionize their molecular core birthplaces, sweeping up material into parsec-size shells. Owing to dissociation by starlight, the thinnest shells are expected to host low molecular abundances and therefore little star formation. Here, we expand previous maps taken with the IRAM 30m telescope and present square-degree 12CO and 13CO (J=2-1) maps of the wind-driven "Veil bubble'' that surrounds the Trapezium cluster and its natal Orion molecular core (OMC). Although widespread and extended CO emission is largely absent from the Veil, we show that several CO "globules'' exist and are embedded in the [CII]158um-bright shell that confines the bubble. This includes the first detection of quiescent CO at negative LSR velocities in Orion. Given the harsh UV irradiation conditions in this translucent material, the detection of CO globules is surprising. These globules are small (R=7,100 AU), not massive (M=0.3M_Sun), and are moderately dense: n_ H=4x10^4 cm^-3 (median values). They are confined by the external pressure of the shell, P_ext/k~10^7 cm^-3 K, and are likely magnetically supported. They are either transient objects formed by instabilities or have detached from pre-existing molecular structures, sculpted by the passing shock associated with the expanding shell and by UV radiation from the Trapezium. Some represent the first stages in the formation of small pillars, others of isolated small globules. Although their masses do not suggest they will form stars, one globule matches the position of a known YSO. The lack of extended CO in the "Veil shell'' demonstrates that feedback from massive stars expels, agitates, and reprocesses most of the disrupted molecular cloud gas, thereby limiting the star-formation rate in the region. The presence of globules is a result of this feedback.

研究动机与目标

• 利用高分辨率CO跃迁线观测映射猎户座A星云中Veil气泡的分子气体，以理解大质量恒星的反馈效应。
• 研究嵌入Veil气泡膨胀壳层中的分子球状体的物理条件与动力学特性。
• 确定这些球状体是否能在强烈的紫外辐射下存活，以及它们是否代表恒星形成的早期阶段或瞬态结构。
• 评估外部压强、磁场和湍流在约束和塑造球状体中的作用。
• 评估低质量球状体在反馈主导区域中对恒星形成效率的影响。

提出的方法

• 在猎户座A的17.5′×34.5′区域内，利用IRAM 30米望远镜对12CO、13CO和C18O（J=2-1）线发射进行了高分辨率（11″）映射。
• 通过速度分辨的发射分析，识别出具有负本地标准动态（LSR）速度的蓝移CO球状体，表明其朝向观测者运动。
• 应用辐射转移模型（PDR模型）拟合[ C ii] 158 μm、12CO和13CO线发射，推导出气体密度（n_H）、FUV通量（G₀）和消光（A_V）。
• 通过线宽测量非热速度弥散度（σ_turb），以推断湍流压强，并与热压强进行比较。
• 通过非热压强与热压强的比值估算外部压强（P_ext/k），表明存在高强度的约束压强（≥10⁷ K cm⁻³）。
• 根据先前观测推断磁场强度，并与磁支持所需的磁场强度（P_B ≈ P_ext）进行比较，表明存在磁约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管环境严酷，分子球状体是否存在于猎户座A星云中Veil气泡的紫外辐射区和膨胀壳层中？
• RQ2 这些球状体的物理条件（密度、温度、FUV通量、消光）如何？与标准PDR模型相比有何差异？
• RQ3 哪些机制使这些球状体在对抗引力坍缩或破坏中保持稳定和约束？
• RQ4 这些球状体能否支持恒星形成，还是仅仅是受激波和辐射塑造的瞬态特征？
• RQ5 大质量恒星的反馈过程在多大程度上驱散并再处理分子气体，从而限制该区域的恒星形成？

主要发现

• 本研究首次在猎户座中探测到负LSR速度下的平静CO发射，识别出三个CO球状体（编号#1、#2、#3），其具有蓝移发射。
• 球状体的平均半径R_g ≈ 7,100 AU，质量M_g ≈ 0.3 M☉，平均密度n_H ≈ 4×10⁴ cm⁻³，表明其体积小且质量不足以独立形成恒星。
• 约束球状体的外部压强很高（P_ext/k ≳ 10⁷ K cm⁻³），非热速度弥散度（C+为σ_turb ≈ 1.3 km s⁻¹，13CO为0.5 km s⁻¹）表明存在超音速湍流，非热压强最高可达热压强的10倍。
• 约100–200 μG的磁场强度足以实现磁支持，且其高维里参数（α ≫ 1）证实球状体在引力上不稳定且受压强约束。
• 这些球状体很可能是由流体动力不稳定性形成或从原有结构中脱离而产生的瞬态结构，受θ¹ Ori C的激波和紫外辐射塑造。
• 一个球状体（G1）与已知的年轻恒星对象（YSO）位置重合，表明若核心在被扫除前已坍缩，则部分低质量原恒星可能在反馈处理后的区域形成。