ReferenceStar-forming Sites IC 446 and IC 447: An Outcome of End-dominated Collapse of Monoceros R1 Filament

Star-forming Sites IC 446 and IC 447: An Outcome of End-dominated Collapse of Monoceros R1 Filament

Abstract

We present an analysis of multiwavelength observations of Monoceros R1 (Mon R1) complex (at d ∼760 pc). An elongated filament (length ∼14 pc, mass ∼1465 M⊙) is investigated in the complex, which is the most prominent structure in the Herschel column density map. An analysis of the FUGIN 12CO(1–0) and 13CO(1–0) line data confirms the existence of the filament traced in a velocity range of [−5, +1] km s−1. The filament is found to host two previously known sites IC 446 and IC 447 at its opposite ends. A massive young stellar object (YSO) is embedded in IC 446, while IC 447 contains several massive B-type stars. The Herschel temperature map reveals the extended warm dust emission (at Td ∼ 15–21 K) toward both the ends of the filament. The Spitzer ratio map of 4.5 μm/3.6 μm emission suggests the presence of photodissociation regions and signature of outflow activity toward IC 446 and IC 447. Based on the photometric analysis of point-like sources, clusters of YSOs are traced mainly toward the filament ends. The filament is found to be thermally supercritical showing its tendency of fragmentation, which is further confirmed by the detection of a periodic oscillatory pattern (having a period of ∼3–4 pc) in the velocity profile of 13CO. Our outcomes suggest that the fragments distributed toward the filament ends have rapidly collapsed, and had formed the known star-forming sites. Overall, the elongated filament in Mon R1 is a promising sample of the “end-dominated collapse” scenario, as discussed by Pon et al. (2011, 2012).

Memo

  • シミュレーションから、無限長の円筒状雲は重力不安定性により等間隔に分裂する一方、有限長のフィラメントでは中央部よりも両端で崩壊が速く進む「端優勢崩壊（end-dominated collapse）」が起こると予測されている
  • Mon R1は、NGC 2245などの反射星雲やB型星を含み、特にIC 446とIC 447が暗黒星雲のフィラメント構造の両端に位置するという特徴的な形態を示している
  • 温度・柱密度マップの解析やclumpfindにより、IC 446等に伴う温かいダストや内部に高密度領域を持つ湾曲した長さ約14 pcのフィラメント構造が明瞭に確認された
  • 湾曲したフィラメントは拡散した東部（IC 447側）と高密度で多ピーク構造を持つ中央・西部（IC 446側）の3区画に分けられ、特に高密度な領域には、互いに同一直線状にはない2つの直線的なサブフィラメントが同定された
  • WISE 22 μm画像とNVSS 1.4 GHz電波連続波の解析から、対象領域（IC 446, IC 447）には大質量星に関連する温かいダスト放射が広がる一方で、発達したH II領域は存在しないことが示された
  • Spitzer 4.5 μm/3.6 μm輝度比マップの解析により、IC 446方向ではアウトフロー活動を示唆する4.5 μm放射の卓越が、IC 447方向では大質量星が形成する光解離領域（PDR）からのPAH放射（3.6 μm）の卓越がそれぞれ確認された
  • FUGINの12COおよび13CO輝線データの解析により、Mon R1領域には速度成分の異なる2つの分子雲が存在し、低速度成分（-7.8から1.3 km/s）はIC 446/447を含むフィラメントに、高速度成分（1.95から10.4 km/s）はNGC 2245/2247に対応していることが確認された
  • フィラメントに伴うガス流を調査するためCOチャネルマップとHerschel 160 μmデータを比較した結果、フィラメント構造自体は-2.6から-0.65 km/sの成分で明瞭に縁取られる一方、関連するガスの流れは-5から+1 km/sの範囲に存在することが示された
  • 位置－速度図の解析から、Mon R1には速度空間で分離した2つの成分が存在し、フィラメントに関連するガスは主に-5から+1 km/sの範囲に分布する単一かつ孤立した構造であることが示された
  • フィラメントに沿った31点での13COスペクトル解析により、平均線幅は約1.5 km/sであり、速度場には周期3-4 pcの振動成分や明確な速度勾配が存在することが明らかになった
  • 370個のYSO候補を用いた表面密度解析から、星形成はフィラメントの両端で進行していることが判明し、特にIC 446側はIC 447側に比べてYSO密度が高く活動がより活発であることが示された
  • Mon R1フィラメントの線質量は理論的臨界値を大幅に上回る状態にあるため、重力不安定性により分裂・崩壊しやすく、実際にクランプやYSO群を形成していることが確認された
  • 観測された線幅から導出されたビリアル線質量は観測質量の約2倍の値となり、マッハ数2.4-2.7の超音速乱流がフィラメントの重力崩壊に対し熱圧以上の追加的な支持力を提供していることが示された
  • Mon R1フィラメントの中央部と西部について、分裂したコアの間隔と線質量から形成時間を推定した結果、熱的モデルでは中央部（約300万年）が西部（約150万年）よりも古く、乱流を考慮するとさらに短い時間スケールになることが示された
  • 13CO観測によりフィラメントに沿って周期的な速度振動（〜3-4 pc）が見出され、これは既知の暗黒星雲（L1517等）と同様に断片化に伴うガス運動を示唆する
  • フィラメントのアスペクト比が5以上の場合に両端の崩壊が加速されるというシミュレーション結果に基づくと、アスペクト比が約11.5であるMon R1フィラメントはこの条件を満たしており、実際に西端で高い降着率が見られる
  • Mon R1フィラメントは、内部の断片化や速度場の振動に加え、両端に集中するYSO群や大質量星、そして中心部より両端で高い速度勾配を示すことから、理論的なend-dominated collapseシナリオに従って進化した段階にある最良の観測的実例である
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