[论文解读] Squeezed between shells? On the origin of the Lupus I molecular cloud. APEX/LABOCA, Herschel, and Planck observations

B. Gaczkowski, T. Preibisch+8 more|CINECA IRIS Institutial research information system (University of Pisa)|Sep 24, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 74被引用 9

一句话总结

本研究利用APEX/LABOCA、赫歇尔（Herschel）和普朗克（Planck）的观测数据，调查了路西斯I分子云的起源，发现其形成于上天蝎座H I壳层膨胀与上 Centaurus-Lupus 风泡之间的大尺度压缩作用。该云的拉长形态、双峰柱密度概率密度函数（PDFs）以及其中心-南侧区域活跃的恒星形成活动——包含15个预恒星和原恒星核，总质量约8 M☉——均支持这一由压缩驱动的形成机制，其中约5%的总质量（约164 M☉）集中于致密核内。

ABSTRACT

The Lupus I cloud is found between the Upper-Scorpius (USco) and the Upper-Centaurus-Lupus (UCL) sub-groups of the Sco-Cen OB-association, where the expanding USco H I shell appears to interact with a bubble currently driven by the winds of the remaining B-stars of UCL.We want to study how collisions of large-scale interstellar gas flows form and influence new dense clouds in the ISM.We performed LABOCA continuum sub-mm observations of Lupus I that provide for the first time a direct view of the densest, coldest cloud clumps and cores at high angular resolution.We complemented those by Herschel and Planck data from which we constructed column density and temperature maps.We calculated PDFs to characterize the density structure of the cloud.The northern part of Lupus I is found to have on average lower densities and higher temperatures as well as no active star formation.The center-south part harbors dozens of pre-stellar cores where density and temperature reach their maximum and minimum, respectively.Our analysis of the column density PDFs from the Herschel data show double peak profiles for all parts of the cloud which we attribute to an external compression.In those parts with active star formation, the PDF shows a power-law tail at high densities.The PDFs we calculated from our LABOCA data trace the denser parts of the cloud showing one peak and a power-law tail.With LABOCA we find 15 cores with masses between 0.07 and 1.71 Msun and a total mass of ~8 Msun.The total gas and dust mass of the cloud is ~164 Msun and hence 5% of the mass is in cores.From the Herschel and Planck data we find a total mass of ~174 Msun and ~171 Msun, respectively.The position, orientation and elongated shape of Lupus I, the double peak PDFs and the population of pre-stellar and protostellar cores could be explained by the large-scale compression from the advancing USco H I shell and the UCL wind bubble.

研究动机与目标

• 为了理解位于天蝎座-半人马OB星协会两个亚群之间的路西斯I分子云的起源。
• 研究由恒星反馈驱动的大尺度星际气体流如何压缩并触发分子云的形成。
• 确定路西斯I的形态、密度结构以及恒星形成活动是否可由膨胀壳层的外部压缩来解释。
• 利用多波段观测获得的柱密度概率密度函数（PDFs）表征路西斯I的密度结构。
• 评估上天蝎座H I壳层与上Centaurus-Lupus风泡在塑造该云及触发恒星形成中的作用。

提出的方法

• 在亚毫米波段开展高分辨率APEX/LABOCA连续辐射观测，以绘制路西斯I中最为致密、最冷的团块和核心。
• 结合赫歇尔与普朗克的观测数据，生成高动态范围的柱密度与温度图。
• 基于赫歇尔与LABOCA数据构建柱密度PDF，分析云的密度结构，并区分宁静区与活跃区。
• 利用柱密度阈值（N_H2 > 10^21 cm⁻²）从LABOCA、赫歇尔与普朗克数据中计算总气体与尘埃质量。
• 从LABOCA数据中识别并表征预恒星与原恒星核，测量其质量与空间分布。
• 将观测到的PDF与核心分布与壳层压缩及湍流流碰撞的理论模型进行比较，以推断其形成机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 路西斯I分子云的形态与取向是否可由上天蝎座H I壳层与上Centaurus-Lupus风泡的膨胀压缩来解释？
• RQ2 大尺度星际气体流与恒星反馈在触发路西斯I中致密分子核形成过程中起何种作用？
• RQ3 基于赫歇尔与LABOCA数据获得的柱密度PDF如何反映外部压缩与活跃恒星形成的迹象？
• RQ4 致密预恒星与原恒星核所含的总云质量占比如何？该比例在云的不同区域如何变化？
• RQ5 观测到的双峰PDF轮廓及高密度区的幂律尾部是否可归因于外部压缩，而非内部湍流或自引力作用？

主要发现

• 路西斯I的北部区域密度较低、温度较高，且无活跃恒星形成；而其中心-南侧区域则存在数十个预恒星与原恒星核，密度最高、温度最低。
• 赫歇尔柱密度PDF在整个云中呈现双峰轮廓，表明存在大尺度压缩，其中心-南侧区域的幂律尾部与活跃恒星形成相关。
• LABOCA获得的PDF显示，整个云及其中心-南侧区域均呈现单一对数正态峰与幂律尾部，与压缩和持续恒星形成一致；而北部区域仅显示对数正态分布。
• APEX/LABOCA识别出15个致密核，质量范围在0.07至1.71 M☉之间，总质量约8 M☉，约占总气体与尘埃质量（约164 M☉）的5%。
• 赫歇尔与普朗克对总云质量的估算（N_H2 > 10^21 cm⁻²）分别为约174 M☉与171 M☉，与LABOCA的质量估算结果在不确定度范围内一致。
• 路西斯I的位置、拉长形态、双峰PDF及核心分布最合理的解释是来自上天蝎座H I壳层与上Centaurus-Lupus风泡的压缩作用，压缩事件可能发生在约1–2 Myr前。