[论文解读] Star-forming regions of the Aquila rift cloud complex. II. Turbulence in molecular cores probed by NH3 emission

S. A. Levshakov, C. Henkel+2 more|arXiv (Cornell University)|May 29, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 54被引用 3

一句话总结

本研究利用埃菲尔施伯格100米望远镜获得的高分辨率NH3 (1,1)和(2,2)发射线图，调查了猎户座 Rift 云系中低质量恒星形成分子核内的湍流。通过分析径向速度场的空间两点自相关函数（ACF）和结构函数，作者发现0.04–0.5 pc尺度范围内自相关函数呈现振荡且衰减缓慢，表明致密核中湍流流动受到阻尼，并可能已进入引力坍缩阶段，其气体动能温度在8.8 K至15.1 K之间，H2密度为(1–6)×10⁴ cm⁻³。

ABSTRACT

(Abridged) Aims. We intend to derive statistical properties of stochastic gas motion inside the dense low mass star forming molecular cores traced by NH3(1,1) and (2,2) emission lines. Methods. We use the spatial two-point autocorrelation (ACF) and structure functions calculated from maps of the radial velocity fields. Results. We find oscillating ACFs which eventually decay to zero with increasing lags on scales of 0.04 <= l <= 0.5 pc. The current paradigm supposes that the star formation process is controlled by the interplay between gravitation and turbulence, the latter preventing molecular cores from a rapid collapse due to their own gravity. Thus, oscillating ACFs may indicate a damping of the developed turbulent flows surrounding the dense but less turbulent core - a transition to dominating gravitational forces and, hence, to gravitational collapse.

研究动机与目标

• 利用NH3发射线表征致密、低质量分子核中随机气体运动的统计特性。
• 研究湍流在恒星形成区调节引力坍缩中的作用。
• 确定观测到的速度场结构是否反映从湍流支持向引力主导的转变。
• 比较含有原恒星（YSOs）与不含有原恒星的核之间的运动学特性。
• 评估基于ACF的诊断方法在识别核演化动态阶段中的可靠性。

提出的方法

• 利用埃菲尔施伯格100米望远镜获取高 spectral 分辨率的NH3 (1,1)和(2,2)线图，信道宽度为0.015–0.077 km s⁻¹。
• 从径向速度场图中计算空间两点自相关函数（ACF）和结构函数，以量化速度涨落。
• 利用NH3谱线的超精细结构推导光学深度、激发温度和柱密度。
• 基于碰撞激发假设，利用NH3 (2,2)/(1,1)线强度比推导气体动能温度。
• 利用Ho与Townes（1983）提出的Tkin、Tex与碰撞激发之间的关系估算H2密度。
• 从线宽与热宽中计算非热速度弥散σ_turb，以评估湍流运动。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户座分子核中观测到的速度场结构是否表现出湍流阻尼与引力主导的特征？
• RQ2 含有与不含有原恒星的核之间，径向速度场的自相关函数（ACF）有何差异？
• RQ3 湍流速度弥散与核尺度或密度梯度之间存在何种关系？
• RQ4 观测到的速度涨落功率谱在多大程度上偏离单一幂律级联？
• RQ5 物理性质（Tkin、nH2、丰度）与核中是否存在YSO之间存在何种相关性？

主要发现

• 在0.04–0.5 pc尺度范围内检测到衰减缓慢的振荡ACF，表明致密核中湍流流动可能受到阻尼。
• 气体动能温度范围为8.8 K（SS2B，无恒星核）至15.1 K（含YSO的核），典型值约为10–12 K。
• H2密度估计值为(1–6)×10⁴ cm⁻³，四个观测核的平均值为1.7–3.6×10⁴ cm⁻³。
• 氨的丰度X[NH3]/[H2]在2×10⁻⁸至1.5×10⁻⁷之间变化，含YSO的核中值更高。
• 核L1251C表现出与刚体旋转一致的规则速度梯度（˙ϕ ≈ 7×10⁻¹⁴ s⁻¹），但其旋转能量与引力能相比可忽略不计。
• 速度涨落的功率谱呈现“膝”特征而非单一幂律，表明系统处于一种瞬态动态状态，自引力与非保守力相互竞争。