Abstract

Context. Identified as parsec-size, gas clumps at the junction of multiple filaments, hub-filament systems (HFS) play a crucial role during the formation of young clusters and high-mass stars. These HFS still appear to be detached from most galactic filaments when compared in the mass–length (M–L) phase space.Aims. We aim to characterize the early evolution of HFS as part of the filamentary description of the interstellar medium (ISM).Methods. Combining previous scaling relations with new analytic calculations, we created a toy model to explore the different physical regimes described by the M–L diagram. Despite its simplicity, our model accurately reproduces several observational properties reported for filaments and HFS, such as their expected typical aspect ratio (A), mean surface density (Σ), and gas accretion rate (). Moreover, this model naturally explains the different mass and length regimes populated by filaments and HFS, respectively.Results. Our model predicts a dichotomy between filamentary (A ≥ 3) and spheroidal (A < 3) structures connected to the relative importance of their fragmentation, accretion, and collapse timescales. Individual filaments with low accretion rates are dominated by an efficient internal fragmentation. In contrast, the formation of compact HFS at the intersection of filaments triggers a geometric phase-transition, leading to the gravitational collapse of these structures at parsec-scales in ~1–2 Myr. In addition, this process also induces higher accretion rates.

Memo

  • フィラメントのM(質量)-L(長さ)プロットには相関があるが、これはフィラメントがさらに小さいフィラメントのフラクタルを形成しているためで、このフラクタルはHacar+2023のスケーリング関係によって説明できる
  • HFSはM-Lプロットにおいて、これまで観測された高質量クランプと同様の位置にプロットされることから、高質量クランプは高解像度で観測することでHFSに分解される可能性がある
  • HFSはM-Lプロットにおいて、フィラメントの相関よりも高質量側にプロットされており、さらにビリアルパラメータα < 1以下である(フィラメントの相関はα > 1にある)
  • 以下で定義されるアスペクト比_A_ = 3_の位置_でフィラメントとHFSは区別され、対応する柱密度において分子雲のフィラメントから球への変形が起こると考えられる

A=L2R, R=FWHM2A = \frac{L}{2R}, ~ R = \frac{\mathrm{FWHM}}{2}

  • フィラメントはL ∝ M^0.5に沿って断片化し、τ_acc ~ τ_fragの線に到達するまでL一定で結合してHFSを形成する、ただし

τfrag=0.5L0.5 Myr, τacc=M/Lm˙ Myr, m˙:ガス降着率\tau_{\mathrm{frag}} = 0.5L^{0.5} ~ \mathrm{Myr}, ~ \tau_\mathrm{acc} = \frac{M/L}{\dot{m}} ~ \mathrm{Myr}, ~ \dot{m}:ガス降着率

  • HFSの質量と降着率には正の相関がある
  • HFSはA ≦ 3かつm ≧ m_virだが、この領域ではτ_long ~ τ_frag ~ τ_ffとなるので、重力崩壊が起こりやすい(M-Lプロットを下に移動)
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