ReferenceFUGIN: Molecular Gas in Spitzer Bubble N4—Possible Evidence for a Cloud–Cloud Collision as a Trigger of Massive Star Formations

FUGIN: Molecular Gas in Spitzer Bubble N4—Possible Evidence for a Cloud–Cloud Collision as a Trigger of Massive Star Formations

Abstract

Herein, we present 12CO (J = 1–0) and 13CO (J = 1–0) emission-line observations via the FOREST Unbiased Galactic plane Imaging survey with the Nobeyama 45 m telescope (FUGIN) toward Spitzer bubble N4. We observed clouds at three discrete velocities: 16, 19, and 25 km s−1. Their masses were 0.1 × 104 M⊙, 0.3 × 104 M⊙, and 1.4 × 104 M⊙, respectively. The distribution of the 25 km s−1 cloud likely traces the ring-like structure observed at mid-infrared wavelength. The 16 and 19 km s−1 clouds have not been recognized in previous observations of molecular lines. We could not find clear expanding motion of the molecular gas in N4. On the contrary, we found a bridge feature and a complementary distribution, which are discussed as observational signatures of a cloud–cloud collision (CCC), between the 16 and 25 km s−1 clouds. We proposed a possible scenario wherein the formation of a massive star in N4 was triggered by a collision between the two clouds. The timescale of collision is estimated to be 0.2–0.3 Myr, which is comparable to the estimated dynamical age of the H ii region of ∼0.4 Myr. In N4W, a star-forming clump located west of N4, we observed molecular outflows from young stellar objects and the observational signature of a CCC. Thus, we also proposed a possible scenario in which massive- or intermediate-mass star formation was triggered via a CCC in N4W.

Memo

  • N4 周辺の星形成について、Watson et al. (2010) はシェルに沿った誘発的星形成の明確な証拠はないとした一方、Li et al. (2013) はリング状分子雲での大質量星形成が H II 領域の膨張により誘発された可能性を示した
  • p–v 図から、速度が約 16・19・25 km s⁻¹ の3つの分子雲成分が同定され、特に 16 km s⁻¹ 雲と 25 km s⁻¹ 雲は有意に連結しており相互作用している可能性が高く、さらに 29 km s⁻¹ の拡散的成分も存在することが示された
  • 16 km s⁻¹ 雲は細長い形状でリング中心付近と重なり、19 km s⁻¹ 雲は 8 μm リングを取り囲むように広がり、25 km s⁻¹ 雲はリング構造を最もよくトレースする広範かつ高密度な分子ガスとして分布している
  • J=1-0/3-2 強度比から、25 km s⁻¹ 雲ではリング構造に沿って高い比（>0.7）が見られ、内部の大質量星による加熱や高密度ガスを示唆する一方、16 km s⁻¹ 雲と 19 km s⁻¹ 雲ではそれぞれ ∼0.45、∼0.30 と低い
  • N4W では中質量 YSO が存在する位置に一致して線幅の広いコンパクトな CO 成分が検出されたが、これはアウトフローと解釈でき、現在も活発な星形成が進行していることが示された
  • LTE 仮定のもとで CO スペクトルから分子アウトフロー成分を分離・解析した結果、このアウトフローは中質量 YSO に由来すると考えられ、その質量・運動量・運動エネルギーはいずれも低質量星と高質量星のアウトフローの中間的な規模であることが分かった
  • PV図から、N4 は球状のバブル構造ではなくリング状に見えるものの、そのリング自体が明確に膨張している証拠は見られない
  • N4 では 16 km s⁻¹ 雲と 25 km s⁻¹ 雲が p–v 図においてブリッジ構造や V 字型構造を示し、空間的にも補完的な分布を持つことから、両者が雲–雲衝突（CCC）を起こしている可能性が高い
  • 16 km s⁻¹ 雲と 25 km s⁻¹ 雲は、重力的に結合するには必要質量が N4 全体の分子質量を超えるため、重力束縛系ではないと結論づけられる （自己解釈：なのにCCCしてる＝階層的な閉じ込めが起こってる？）
  • 16 km s⁻¹ 雲と 25 km s⁻¹ 雲の衝突は約 0.2–0.3 Myr 前に起きたと推定され、その延長方向や端部に分布する Class I・II YSO はこの雲衝突によって形成された可能性が高い一方、年齢が 1 Myr を超える遷移円盤 YSO はこの衝突とは無関係と考えられる
  • 25 km s⁻¹ 雲は N4W にも及び、16 km s⁻¹ 雲との間にブリッジ成分が見られることから、N4 に続いて N4W でも同じ雲–雲衝突によって比較的最近、大質量星形成が誘発された可能性が高い
  • 他領域との比較から、雲–雲衝突による大質量星形成では分子柱密度 N(H₂) が形成される O 星の数を左右する重要因子である可能性が高い
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