[论文解读] The CARMA-NRO Orion Survey: The filamentary structure as seen in C$^{18}$O emission

S. Suri, Á. Sánchez-Monge+19 more|Dipòsit Digital de la Universitat de Barcelona (Universitat de Barcelona)|Jan 1, 2019

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 50被引用 14

一句话总结

本研究利用CARMA-NRO猎户座 Survey 的高分辨率 C$^{18}$O(1–0) 辐射数据，通过 FilChaP Python 软件包分析猎户座 A 分子云中的纤维丝宽度。研究发现纤维丝宽度与中心柱密度之间无相关性，宽度变化主要由亚结构复杂性引起，而非物理条件所致，其宽度范围为 0.02 至 0.3 pc，具体中位数宽度取决于拟合方法，约为 0.13–0.16 pc。

ABSTRACT

We present an initial overview of the filamentary structure in the Orion A molecular cloud utilizing a high angular and velocity resolution C$^{18}$O(1-0) emission map that was recently produced as part of the CARMA-NRO Orion Survey. The main goal of this study is to build a credible method to study varying widths of filaments which has previously been linked to star formation in molecular clouds. Due to the diverse star forming activities taking place throughout its $\sim$20 pc length, together with its proximity of 388 pc, the Orion A molecular cloud provides an excellent laboratory for such an experiment to be carried out with high resolution and high sensitivity. Using the widely-known structure identification algorithm, DisPerSE, on a 3-dimensional (PPV) C$^{18}$O cube, we identified 625 relatively short (the longest being 1.74 pc) filaments over the entire cloud. We study the distribution of filament widths using FilChaP, a python package that we have developed and made publicly available. We find that the filaments identified in a 2 square degree PPV cube do not overlap spatially, except for the complex OMC-4 region that shows distinct velocity components along the line of sight. The filament widths vary between 0.02 and 0.3 pc depending on the amount of substructure that a filament possesses. The more substructure a filament has, the larger is its width. We also find that despite this variation, the filament width shows no anticorrelation with the central column density which is in agreement with previous Herschel observations.

研究动机与目标

• 开发并应用一种基于 3D PPV 数据测量分子云中纤维丝宽度的稳健方法。
• 探究纤维丝宽度是否与中心柱密度相关，以挑战普遍纤维丝宽度存在的观念。
• 量化亚结构与环境复杂性在塑造观测到的纤维丝宽度分布中的作用。
• 比较猎户座 A 中的纤维丝特性与其他区域（如 Taurus）的差异，尤其关注空间与速度的一致性。
• 提供一个公开可用的工具（FilChaP），用于分子云巡天中高精度的纤维丝宽度分析。

提出的方法

• 将 DisPerSE 算法应用于 3D C$^{18}$O(1–0) PPV 数据立方体，识别出猎户座 A 中 2 平方度区域内 625 条纤维丝。
• 开发并使用 FilChaP Python 软件包，通过多种拟合模型（高斯、Plummer（p=2 和 p=4）及基于二阶矩计算的 FWHM）从径向强度剖面测量纤维丝宽度。
• 利用减少卡方统计量评估拟合质量，以排除拟合效果差的剖面，减少宽度测量中的偏差。
• 通过计数强度剖面中的肩部数量来量化纤维丝的亚结构复杂性，并将其与测量到的宽度相关联。
• 将调查区域划分为北部和南部子区域，以评估纤维丝特性中潜在的梯度。
• 采用 Heitsch（2013）提出的磁化、外部加压纤维丝模型，解释观测到的宽度与柱密度之间的去相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎户座 A 中的纤维丝宽度是否与中心柱密度相关，如早期赫歇尔观测所建议的那样？
• RQ2 纤维丝强度剖面中的亚结构复杂性在多大程度上影响了测量到的宽度估计？
• RQ3 猎户座 A 中的纤维丝宽度与低质量恒星形成区（如 Taurus）中的纤维丝宽度相比如何，尤其在空间与速度一致性方面？
• RQ4 何种物理机制可解释观测到的纤维丝宽度与柱密度之间缺乏相关性？
• RQ5 高分辨率 C$^{18}$O 辐射数据能否解决宽度测量中纤维丝中心密度与内平坦半径之间的退化问题？

主要发现

• 猎户座 A 中纤维丝宽度的中位数为 $0.14^{+0.03}_{-0.02}$ pc（高斯拟合）和 $0.16^{+0.04}_{-0.03}$ pc（Plummer p=2 拟合），不同拟合方法结果一致。
• 纤维丝宽度与中心柱密度之间不存在显著相关性，即使在高柱密度（$\sim10^{23}$ cm$^{-2}$）下也如此，与简单流体静力学模型的预期相悖。
• 纤维丝宽度随强度剖面中肩部数量的增加而线性增长，表明亚结构复杂性是宽度离散化的主导因素。
• 无亚结构的纤维丝中位数宽度为 $0.09 \pm 0.02$ pc（北部区域）和 $0.12 \pm 0.01$ pc（南部区域），表明存在一种与复杂形态无关的基准宽度。
• 猎户座 A 中的大多数纤维丝不表现出空间重叠或速度一致性，与 Taurus 中观察到的纤维状结构不同，仅在 OMC-4 区域存在多条视线成分。
• Heitsch（2013）提出的磁化、外部加压纤维丝模型最能解释观测到的去相关性，尽管在最高柱密度下略为低估了宽度。