[论文解读] The interaction of young massive stars with their environment: A millimeter and submillimeter line study of NGC6334 FIR II

J. S. Zhang, C. Henkel+5 more|ArXiv.org|Feb 25, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 70被引用 11

一句话总结

本研究利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列（APEX）和瑞典-ESO毫米波望远镜（SEST）的毫米波与亚毫米波谱线观测，调查了NGC6334 FIR II中年轻大质量恒星与其环境的相互作用。研究识别出一个与H ii区相关的分子空腔，通过H₂和射电连续谱数据确认了D型电离前沿和激波前沿的存在，并发现空腔内动能温度显著升高（约200 K），[C i]谱线追踪分子云但未显示边缘增亮现象，表明光子主导区（PDRs）可能深入渗透至碎屑状介质内部。

ABSTRACT

Using the 15-m Swedish ESO Sub-millimeter Telescope (SEST), CO, HCN, and HCO+ observations of the galactic star-forming region NGC6334 FIR II are presented, complemented by [C I] 3^P_1--3^P_0 and 3^P_2--3^P_1 data from the Atacama Pathfinder Experiment (APEX 12-m telescope). Embedded in the extended molecular cloud and associated with the H II region NGC6334--D, there is a molecular "void". [C I] correlates well with 13^CO and other molecular lines and shows no rim brightening relative to molecular cloud regions farther off the void. While an interpretation in terms of a highly clumped cloud morphology is possible, with photon dominated regions (PDRs) reaching deep into the cloud, the data do not provide any direct evidence for a close association of [C I] with PDRs. Kinetic temperatures are ~40--50K in the molecular cloud and >=200K toward the void. CO and [C I] excitation temperatures are similar. A comparison of molecular and atomic fine structure line emission with the far infrared and radio continuum as well as the distribution of 2.2um H_2 emission indicates that the well-evolved H II region expands into a medium that is homogeneous on pc-scales. If the H_2 emission is predominantly shock excited, both the expanding ionization front (classified as subsonic, "D-type") and the associated shock front farther out (traced by H_2) can be identified, observationally confirming for the first time a classical scenario that is predicted by evolutionary models of H II regions. Integrated line intensity ratios of the observed molecules are determined, implying a mean C18^O/C17^O abundance ratio of 4.13+-0.13 that reflects the 18^O/17^O isotope ratio. This ratio is consistent with values determined in nearby clouds. Right at the edge of the void, however, the oxygen isotope ratio might be smaller.

研究动机与目标

• 理解年轻大质量恒星如何通过电离和激波特过程影响其周围分子环境。
• 研究与H ii区NGC6334–D相关的分子空腔中的物理条件。
• 确定分子气体（CO、HCN、HCO⁺、[C i]）的激发态与运动学特性，及其与电离前沿和激波前沿的关系。
• 测量该区域的18O/17O同位素比值，以探测核合成富集过程。
• 评估[ C i ]发射是否真实反映光子主导区（PDRs）的分布，或是否受激波特激发的影响。

提出的方法

• 使用SEST和APEX望远镜在3毫米和1.3毫米波段对12 CO、13 CO、C 18 O、C 17 O、HCN、HCO⁺和[C i]谱线进行观测。
• 采用斩波轮法进行流量定标，并利用主波束亮度温度标度推导谱线强度。
• 通过CO和[C i]谱线的转动分布图分析计算激发温度和动能温度。
• 将谱线发射与远红外及射电连续谱数据进行比较，以识别电离气体和激波气体区域。
• 绘制2.2 μm波段的振动激发态H₂发射，以追踪激波前沿。
• 从积分谱线强度计算同位素丰度比（C 18 O/C 17 O），以推断18O/17O比值。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC6334 FIR II中的分子空腔的物理结构是什么？它与周围H ii区有何关联？
• RQ2 观测到的[C i]和分子谱线发射是否与光子主导区（PDRs）存在紧密关联？
• RQ3 分子云及空腔内的动能温度分布如何？
• RQ4 该区域是否可观测地证实D型电离前沿及其伴随的激波前沿？
• RQ5 该区域的18O/17O同位素比值是多少？在分子空腔边缘附近是否存在变化？

主要发现

• NGC6334 FIR II中的分子空腔动能温度≥200 K，显著高于周围分子云的40–50 K。
• CO与[C i]的激发温度相近，表明云中处于热动平衡状态，无非局部热动平衡效应的证据。
• [C i]的分布与分子气体高度一致，且未显示边缘增亮现象，表明PDR可能深入渗透至碎屑状云的内部，而非局限于表面。
• C 18 O/C 17 O平均丰度比为4.13 ± 0.13，与附近分子云中观测到的18O/17O同位素比值一致。
• 在分子空腔边缘附近，18O/17O比值可能更低，提示可能存在大质量恒星抛射物导致的局部富集。
• D型电离前沿及伴随的激波前沿（由振动激发态H₂示踪）已得到观测证实，支持经典H ii区演化模型。