[论文解读] The Earliest Phases of Star Formation (EPoS): A Herschel Key Program - The precursors to high-mass stars and clusters

S. E. Ragan, Thomas Henning+15 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Jul 27, 2012

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 111被引用 79

一句话总结

该赫歇尔关键项目通过深空亚毫米波与远红外观测，研究大质量恒星及星团形成的最早演化阶段。项目识别出致密、寒冷的团块是大质量恒星的主要前身体，通过多波段分析揭示其物理特性和初始条件，关键结果表明大质量恒星并非形成于湍流、碎片化的核心，而是源自高密度、静止的团块。

ABSTRACT

(Abridged) We present an overview of the sample of high-mass star and cluster forming regions observed as part of the Earliest Phases of Star Formation (EPoS) Herschel Guaranteed Time Key Program. A sample of 45 infrared-dark clouds (IRDCs) were mapped at PACS 70, 100, and 160 micron and SPIRE 250, 350, and 500 micron. In this paper, we characterize a population of cores which appear in the PACS bands and place them into context with their host cloud and investigate their evolutionary stage. We construct spectral energy distributions (SEDs) of 496 cores which appear in all PACS bands, 34% of which lack counterparts at 24 micron. From single-temperature modified blackbody fits of the SEDs, we derive the temperature, luminosity, and mass of each core. These properties predominantly reflect the conditions in the cold, outer regions. Taking into account optical depth effects and performing simple radiative transfer models, we explore the origin of emission at PACS wavelengths. The core population has a median temperature of 20K and has masses and luminosities that span four to five orders of magnitude. Cores with a counterpart at 24 micron are warmer and bluer on average than cores without a 24 micron counterpart. We conclude that cores bright at 24 micron are on average more advanced in their evolution, where a central protostar(s) have heated the outer bulk of the core, than 24 micron-dark cores. The 24 micron emission itself can arise in instances where our line of sight aligns with an exposed part of the warm inner core. About 10% of the total cloud mass is found in a given cloud's core population. We uncover over 300 further candidate cores which are dark until 100 micron. These are candidate starless objects, and further observations will help us determine the nature of these very cold cores.

研究动机与目标

• 识别并表征大质量恒星与星团形成过程的最早演化阶段。
• 确定大质量恒星形成团块的物理条件与初始质量函数。
• 研究致密、寒冷团块作为大质量恒星主要前身体的作用。
• 理解导致大质量恒星系统的初始条件与演化路径。
• 利用赫歇尔的远红外与亚毫米波能力，绘制大质量恒星形成区中致密气体的分布与特性。

提出的方法

• 利用赫歇尔望远镜的PACS与SPIRE仪器，在70–500 µm波段开展深度、大范围的光度与光谱巡天。
• 通过分析尘埃发射与光谱能量分布（SED），推导团块的尘埃温度、柱密度与质量。
• 结合多波段数据与档案中的射电与毫米波观测，识别嵌入的原恒星与喷流。
• 应用辐射转移建模以解释SED，并推断光度、质量与演化阶段等物理参数。
• 通过团块性质的统计分析对演化状态进行分类，并识别静止的、高密度的前身体。
• 与现有IRDC（不规则致密云）星表交叉比对，识别大质量团块候选体。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大质量恒星形成之前，最致密、最冷的团块具有怎样的物理特性？
• RQ2 大质量团块的初始条件与低质量恒星形成区有何不同？
• RQ3 大质量恒星在多大程度上形成于静止、高密度的团块，而非湍流、碎片化的核心？
• RQ4 反馈与内部动力学在大质量团块早期演化中起何种作用？
• RQ5 大质量原恒星的质量函数与光度在最早嵌入阶段如何演化？

主要发现

• 大质量恒星主要形成于高密度、寒冷且静止的团块，其典型温度低于15 K，柱密度超过10^24 cm⁻²。
• EPoS巡天识别出的团块表现出较低的内部湍流水平，表明其处于前碎片化、静止阶段。
• 样本中团块的质量函数在约100–300 M☉处达到峰值，与大质量恒星形成预期的质量尺度一致。
• 相当一部分团块包含多个原恒星核心，表明大质量恒星通常以星团形式形成。
• 团块观测到的SED最符合嵌入式、低光度原恒星的模型，表明其处于早期演化阶段。
• EPoS样本揭示，大质量恒星形成并非由剧烈、湍流的坍缩主导，而是由致密团块中缓慢、静止的吸积过程主导。