THE PHYSICAL ENVIRONMENT OF THE MASSIVE STAR-FORMING REGION W42

Memo

• W42は、大質量星の影響によって形成された双極構造をもつH II領域であることが、先行研究から明らかにされている
• HerschelやSpitzer赤外線観測などから、W42は中心のO5–O6型大質量星によって電離・加熱された、数パーセク規模に広がる明瞭な双極星雲構造を示し、温かいダストはH II領域内部からその縁やくびれ部に沿って分布していることが分かる
• W42中心には電離された空洞構造があり、その内部に2つの小さなH II領域（B〜後期O型星）が存在するが、W42全体の広がった電離構造は、はるかに強力な中心のO5–O6型星によって支配されている
• VLT/NACO高分解能近赤外観測から、W42中心のO5–O6型星は多重星系である可能性が高く、その近傍には埋もれた大質量YSOやアウトフローも存在することから、W42では現在も大質量星形成が進行中であることが示唆される
• W42では、双極星雲のくびれ部に沿って冷たいダストと分子ガスが集中し、北側は星形成活動と関連した凝集体、南側はIRDCに対応する凝集体として現れ、さらにその周囲には異なる向きをもつ複数のフィラメント状分子構造が分布している
• 双極星雲のくびれ部や縁に分布するH₂輝線放射は、PDRにおける紫外線照射の影響と、H II領域の膨張やアウトフローに伴う衝撃の双方を反映している可能性が示唆される
• 温度マップと柱密度マップから、中心の電離源付近で高温、周辺で低温となる明瞭な温度勾配と、北・南の高柱密度凝集体が確認され、特に南側では高柱密度かつ低温のガスがIRDCとして存在している
• 北側凝集体では、O5–O6型星と埋もれた大質量YSOを含む高密度クランプに向かって複数のフィラメントが集束するハブ・フィラメント構造が見られ、その結節点に形成された空洞状構造は星形成とフィードバックの相互作用を示唆している
• 13COの速度チャネルマップから、W42は北・南の二つの主要な分子凝集体から成り、電離源であるO5–O6型星は北側凝集体に物理的に付随していることが確認される
• 位置–速度図には、半円状（逆C字型）の構造と明瞭な速度勾配が現れており、これはO5–O6型星を中心としたH II領域の膨張によって形成された分子ガスの拡張シェルを示唆する
• 電波連続波に基づく力学モデルから、W42のH II領域の力学的年齢は約0.2–0.3 Myrと見積もられるが、現在の双極構造から非一様な分子雲中での膨張進化を考慮する必要がある
• O5–O6型星によるH II領域の圧力は放射圧や恒星風圧よりも支配的であり、南側凝集体の自己重力や典型的な分子雲圧を大きく上回ることから、電離ガスによって周囲の分子雲が強く圧縮されていることが示唆される
• 南側凝集体は、13CO線幅から求めたビリアル質量より実際のガス質量が大きく、ビリアル比が1を超えることから重力的に不安定であり、自己重力が支配的となって星形成が進行している段階にあることが示唆される
• W42のH II領域は力学的年齢が約0.32 Myrと若く、O5–O6型星による総フィードバック圧は南側凝集体の自己重力圧と同程度であるため、膨張するH II領域はこの凝集体を破壊するには至っていない
• 統合YSOカタログの空間解析から、W42ではYSOの約40%が分子雲内部のフィラメントおよび高密度クランプに集中しており、特に南側IRDCを含む複数の領域で現在進行中の星形成が確認された
• Hバンド偏光解析から、W42分子雲の平面磁場は双極星雲のくびれと平行で、周囲の銀河磁場の向きとも一致しており、雲形成やフィラメント形成の過程で磁場が大きく乱されていないことを示している
• NIR星団と温ダストが卓越する双極ローブ東側では偏光特性の変化が見られ、局所的にはH II領域のフィードバックによる磁場の影響が示唆される
• Chandrasekhar–Fermi法による推定から、W42分子雲の平面磁場強度は数10 μGで、磁場圧は重力やH II領域圧と同程度となった
• Dale et al. (2013)は、O型星の電離フィードバックによってパーセクスケールの双極バブル構造が形成されることを数値シミュレーションで示しており、本研究の結果もW42の双極構造が中心のO5–O6型星の電離フィードバックによるものであることを支持している
• W42の双極バブル東側では偏光角とそのばらつきが大きく変化しており、これはH II領域の膨張によって電離ガスがダストと磁場を押し曲げた結果と考えられる
• W42では、分子雲の形状と平面磁場の向きが銀河磁場と一致しており、銀河磁場が分子雲の形成と進化に重要な役割を果たしていることが示唆される
• H II 領域の動力学的年齢とYSO（若い星状天体）の年齢の比較から、Class II YSOsは先行して存在していた一方、Class I YSOsの一部はH II 領域の膨張によって誘発され形成された可能性が示唆される
• 南側凝集体は、高密度かつ低温で大質量なダストクランプを伴っており、磁場の影響は不明であるものの、ビリアル比の分析から「重力不安定」によってYSO（若い星状天体）クラスターが形成された可能性が高い
• 北側凝集体では、電離ガス、分子雲、メタノールメーザーが同じ速度域で物理的に結合しており、電離空洞内において進化段階や埋もれ具合（減光度）の異なる大質量星形成が同時進行していることが示唆される
• W42北部では、低密度のフィラメントが交差する高密度の「ハブ」に星形成空洞やYSOクラスターが位置しているが、フィラメントに沿った物質流入が星形成を促進しているかという詳細なメカニズムの解明には、今後のさらなる運動学的データの分析が必要