[论文解读] The physical and chemical structure of Sagittarius B2. II. Continuum millimeter emission of SgrB2(M) and SgrB2(N) with ALMA

Á. Sánchez-Monge, P. Schilke+9 more|Kölner Universitäts PublikationsServer (Universität zu Köln)|Apr 6, 2017

Bee Products Chemical Analysis参考文献 3被引用 27

一句话总结

本研究利用ALMA的高分辨率1.3 mm连续谱观测，绘制了银河系中心Sgr B2(M)和Sgr B2(N)大质量恒星形成区的尘埃与电离气体辐射分布，分别探测到27个和20个连续谱源。研究发现，Sgr B2(N)包含一个主导的、大质量的致密核，具有丝状吸积结构，而Sgr B2(M)则高度碎片化；两个区域均表现出高H₂密度（约10⁷–10⁹ cm⁻³），且化学丰度与质量及亮度正相关，每GHz频段可达约100条谱线，总辐射亮度中高达35%以谱线形式存在。

ABSTRACT

The high-mass star forming sites SgrB2(M) and SgrB2(N) have been the target of numerous studies, revealing e.g. a rich chemistry. We want to characterize their physical and chemical structure using ALMA high-angular resolution observations at mm wavelengths, reaching spatial scales of about 4000 au, and covering the whole band 6 (from 211 to 275 GHz). In order to determine the continuum emission in line-rich sources, we use a new statistical method: STATCONT. We detect 27 continuum sources in SgrB2(M) and 20 in SgrB2(N). We study the continuum emission across the ALMA band 6, and compare it with previous SMA 345 GHz and VLA 40 GHz observations, to study the nature of the sources detected. The brightest sources are dominated by (partially optically thick) dust emission, while there is an important degree of contamination from ionized gas free-free emission in weaker sources. While the total mass in SgrB2(M) is distributed in many fragments, most of the mass in SgrB2(N) arises from a single object, with filamentary-like structures converging towards the center. There seems to be a lack of low-mass dense cores in both regions. We determine H2 volume densities for the cores of about 10^5-10^7 Msun pc^-3, one to two orders of magnitude higher than the stellar densities of super star clusters. In general, SgrB2(N) is chemically richer than SgrB2(M). There seems to be a correlation between the chemical richness and the mass of the fragments, with more massive clumps being more chemically rich. Both SgrB2(N) and SgrB2(M) harbour a cluster of hot molecular cores. We compare the continuum images with predictions from a detailed 3D radiative transfer model that reproduces the structure of SgrB2 from 45 pc down to 100 au. This dataset, together with ongoing projects in the range 5 to 200 GHz, better constrain the 3D structure of SgrB2, and allow us to understand its physical and chemical structure.

研究动机与目标

• 利用高角分辨率ALMA观测，表征Sgr B2(M)和Sgr B2(N)大质量恒星形成区的物理与化学结构。
• 通过ALMA波段6（211–275 GHz）的谱指数分析，分离尘埃连续谱发射与电离气体自由-自由发射。
• 确定两个区域中致密核的质量分布、H₂体积密度与柱密度。
• 通过分析毫米波谱线的线密度与辐射亮度分数，评估探测到的源的化学丰度。
• 将ALMA连续谱与谱指数图与三维辐射转移模型进行对比，以验证并优化Sgr B2的三维结构。

提出的方法

• 在波段6（211–275 GHz）进行无偏谱线普查，角分辨率达0.4角秒（约4000 au），可探测小尺度结构。
• 应用STATCONT统计方法从富含谱线的数据立方中提取连续谱发射，最大限度减少谱线污染。
• 通过ALMA波段6内连续谱流量计算谱指数，以区分尘埃发射（α ≈ 2–4）与电离气体发射（α < 0 或 > 4）。
• 将ALMA 1.3 mm数据与SMA 345 GHz及VLA 40 GHz连续谱观测交叉匹配，识别电离气体贡献。
• 利用辐射转移与流量建模，估算尘埃与电离气体质量、H₂体积密度与柱密度。
• 将观测到的连续谱与谱指数图与覆盖45 pc至100 au尺度的Sgr B2三维辐射转移模型预测结果进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 在ALMA 1.3 mm波段，Sgr B2(M)与Sgr B2(N)中连续谱源的空间分布及其性质（尘埃 vs. 电离气体）如何？
• RQ2 Sgr B2(M)与Sgr B2(N)中连续谱源的谱指数如何变化？它们揭示了何种主导辐射机制？
• RQ3 Sgr B2(M)与Sgr B2(N)中致密核的质量分布与H₂密度结构如何？与超星团相比有何差异？
• RQ4 探测到的源中，化学丰度（线密度与辐射亮度分数）是否与质量或密度等物理属性存在相关性？
• RQ5 观测到的ALMA连续谱与谱指数图与Sgr B2的三维辐射转移模型预测结果匹配程度如何？

主要发现

• 在Sgr B2(M)中探测到27个连续谱源，在Sgr B2(N)中探测到20个，ALMA的0.4角秒角分辨率可解析4000 au尺度的结构。
• 两个区域中最亮的源主要由光学厚至中等光学厚的尘埃发射主导，而较暗的源则表现出显著的电离气体自由-自由发射污染。
• Sgr B2(N)包含一个主导核心（AN01），其在0.05 pc区域内质量达约9000 M☉，占总质量的约73%；而Sgr B2(M)的质量则分布在多个碎片中。
• 核心中H₂体积密度范围为10⁷至10⁹ cm⁻³（或10⁵至10⁷ M☉ pc⁻³），比超星团中的恒星密度高一到两个数量级。
• Sgr B2(N)的化学丰度高于Sgr B2(M)，最化学丰富的源每GHz频段约有100条谱线，总辐射亮度中高达35%以谱线形式存在。
• 化学丰度与核质量/密度之间存在正相关关系，表明低质量源可能因灵敏度限制而非本征性质而显得化学丰度较低。