ReferenceSimultaneous Evidence of Edge Collapse and Hub-filament Configurations: A Rare Case Study of a Giant Molecular Filament, G45.3+0.1

Simultaneous Evidence of Edge Collapse and Hub-filament Configurations: A Rare Case Study of a Giant Molecular Filament, G45.3+0.1

Abstract

We study multiwavelength and multiscale data to investigate the kinematics of molecular gas associated with the star-forming complexes G045.49+00.04 (G45E) and G045.14+00.14 (G45W) in the Aquila constellation. An analysis of the FUGIN 13CO(1–0) line data unveils the presence of a giant molecular filament (GMF G45.3+0.1; length ∼75 pc, mass ∼1.1 × 106 M ⊙) having a coherent velocity structure at [53, 63] km s−1. The GMF G45.3+0.1 hosts G45E and G45W complexes at its opposite ends. We find large-scale velocity oscillations along GMF G45.3+0.1, which also reveals the linear velocity gradients of −0.064 and +0.032 km s−1 pc−1 at its edges. The photometric analysis of point-like sources shows the clustering of young stellar object (YSO) candidate sources at the filament’s edges where the presence of dense gas and H ii regions are also spatially observed. The Herschel continuum maps along with the CHIMPS 13CO(3–2) line data unravel the presence of parsec scale hub-filament systems (HFSs) in both sites, G45E and G45W. Our study suggests that the global collapse of GMF G45.3+0.1 is end dominated, with the addition to the signature of global nonisotropic collapse at the edges. Overall, GMF G45.3+0.1 is the first observational sample of filament where the edge-collapse and the hub-filament configurations are simultaneously investigated. These observations open the new possibility of massive star formation, including the formation of HFSs.

Memo

  • ハブ–フィラメント系（HFS）は複数のフィラメントが物質を中心ハブへ供給して大質量星形成を促す構造である一方、端部優勢崩壊（EDC）は孤立フィラメントの両端で高密度コアが形成される過程であり、両者の関係性は未解明である
  • G45E（G045.49+00.04）とG45W（G045.14+00.14）は距離約8 kpcに位置する大質量星形成複合体で、多数のH II領域やダストクランプを含み、分子ガスとサブミリ波構造の解析を通してHFSおよびEDCの検証に適した領域である
  • G45EとG45Wの間には、それらを端でつなぐフィラメント構造がみられる
  • G45EとG45Wの両方を貫く長方形領域で平均化した13CO輝線スペクトルをガウスフィッティングすると、53–63 km/s（平均 58.3 km/s）に集中する主成分と、視線方向に重なった別のガス成分もしくは分子雲内部の運動（流入・衝突・乱流など）を反映していると思われる高速成分 （平均約 65 km/s）に分かれていた
  • PV図解析により、G45領域のフィラメント状分子雲は内部に速度振動を示しつつ両端で明瞭な速度勾配と局所的な強い加速（特にG45E側）を伴っており、ガス流動や重力収縮が進行していることを示している
  • 速度振動と柱密度分布を比較した結果、特にG45E方向で速度ピークと柱密度ピークのずれが確認されたため、ガス運動と高密度構造形成が必ずしも同時・同位置で進行していない可能性がある
  • フィラメント全体の質量は約 1.1 × 10⁶ M⊙、長さは約 75 pc、線質量は上限として ∼1.5 × 10⁴ M⊙ pc⁻¹と見積もられた
  • 観測された線質量とビリアル線質量の比較から、フィラメント雲全体は重力不安定で崩壊が進行している一方、中心領域は乱流による支持で一時的に安定している可能性が示唆される
  • 最近傍法によるYSO表面密度解析の結果、若い星の分布はG45EとG45Wに集中していた
  • G45EとG45Wでは、_getsf_によって観測されたサブフィラメント構造が典型的なHFS形態を示し、それらは既知の大質量星形成領域と強く結びついている
  • 高アスペクト比をもつGMF G45.3+0.1（G45EとG45Wを両端に持つフィラメント全体）では、観測線質量がビリアル線質量を上回る一方で中央部は比較的安定しており、重力不安定が両端で強くなるため、フィラメント全体の崩壊は端部優勢崩壊（EDC）として進行していると解釈できる
  • GMF G45.3+0.1 は、G45Wに見られるように主フィラメントがより高密度なサブフィラメントへ階層的に分裂しており、これらのサブフィラメントが実際のコア形成の場となっている可能性が高い
  • GMF G45.3+0.1の長軸に沿って両端で符号の異なる線形速度勾配が観測され、特にG45E側で大きな負の勾配が見られることから、G45E・G45Wに存在する大質量星のフィードバックがフィラメント端部の構造と運動を支配している可能性が示唆される
  • 大規模・非等方的重力崩壊（GNIC）では、フィラメントやより大きな構造から物質がハブへ継続的に流入することで、ハブ内の大質量高密度コアが成長し大質量星形成が可能になると考えられているが、G45EとG45Wの性質はこのGNICの枠組みと整合的である
  • 近年の理論・観測研究から、フィラメントは高密度なサブフィラメントへの階層的な分裂によってハブが形成されること、さらにフィラメント端部では内部よりも質量の大きなコアが形成されやすいことが示されており、GMF G45.3+0.1におけるサブフィラメント構造と端部での星形成活動はこの階層的分裂シナリオとよく一致している
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