Hierarchical Structure and Self-gravity in the Rosette Molecular Cloud

Memo

• Rosette Molecular Cloud（RMC）は銀河系第3象限に位置し距離約 1.46 kpc（Yan et al. 2019）にある巨大分子雲（GMC）、総質量は約 10⁵ M⊙ と見積もられており、現在も活発な星形成が進行している代表的な分子雲の一つ
• RMCは、若いOB星団 NGC 2244 によって駆動されるHII領域であるRosette星雲と密接に関連しており（Román-Zúñiga & Lada 2008）、星雲と分子雲の境界領域では、H II領域からの紫外線照射や膨張による影響を受け、分子ガスが加熱・圧縮されている可能性がある（Schneider et al. 1998）、この境界領域では、複雑な速度構造、高い励起温度、および高いH₂カラム密度が観測されている一方、HII領域の外側では、励起温度やH₂カラム密度は相対的に低い
• RMCにおける星形成が、H II領域の膨張によって誘発（triggered）されているかどうかについては、いまだ議論が続いている（Román-Zúñiga et al. 2008；Schneider et al. 2012；Cambrésy et al. 2013）ため、分子雲内部構造の詳細な解析が重要な課題となっている
• 従来の二分木Dendrogramのノイズによる人工的分岐を解消するため、温度差が閾値未満の分岐を統合し、複数の下位構造を許容する非二分木Dendrogramアルゴリズムへ改良した
• ビリアルパラメータαvirは分子雲構造における運動エネルギーと重力ポテンシャルエネルギーの比を表し、単純なビリアル平衡ではαvir = 1、圧力で束縛されたBonnor–Ebert球では臨界値が~ 2となるため、αvir < 2のクランプは重力的に束縛され崩壊し得る一方、αvir > 2のクランプは外圧による支持が必要か、もしくは散逸過程にあると判断される。
• H II領域の内外いずれにおいても構造の典型的なTdiff は入力パラメータ min_delta を大きく上回り、¹³COでトレースされるRMC構造が本質的な階層性を持つことを示している
• H II領域内では分布の傾きが浅く、より高次または大規模な構造の割合が高いことから、H II領域からのフィードバックによる分子ガスの加熱・圧縮がその起源である可能性が高い
• RMC全体のサブ構造のサイズ分布は、H II領域の内外いずれのサブ構造も同様のべき分布を示す一方で、H II領域内では分布がやや浅く、大きな構造の割合が高いことが示唆される
• RMC全体のサブ構造の質量分布H II領域の内外でも統計的に一致した類似の分布を示すが、先行研究で報告されたクランプ・コア質量関数よりはやや浅い、これは単一階層に限定せず広い質量範囲と雲全体（拡散ガスを含む）を対象としていることや、構造同定手法やトレーサー（COとダスト）の違いによる系統差に起因すると考えられる
• 同一手法で解析されたMaddalena GMCと比較すると、RMCでは相対的に高質量サブ構造の割合が高いことが示唆される
• 構造の速度分散σvは、各構造のPPV体積内の速度の強度加重2次モーメントとして定義される
• RMCにおける¹³CO構造のビリアルパラメータ分布は中央値がαvir≈3.6 で、その約30％が重力的に束縛されたサブビリアル状態（αvir<2）にあり、H II領域の内外でも中央値（3.56と3.49）がほぼ同一であることから、質量・サイズ・階層構造に多少の差は見られるものの、重力的束縛状態に関しては両領域で本質的に類似していることが示される
• RMC内の構造に対する速度分散–サイズ関係は、H II領域内外で指数（0.39と0.50）および相関の強さに差が見られることから、乱流特性や環境の影響が示唆される、また得られた指数はLarson則とBurgers乱流の中間に位置する
• RMCの構造における質量–サイズ関係は先行する銀河系分子雲カタログやRMCクランプの結果と整合的である一方、H II領域外では指数がやや大きく質量の増加がより急であるのに対し、同一サイズではH II領域内のサブ構造の方が高質量、すなわち高い表面密度を持つ傾向が示される
• RMCの構造における速度分散とΣRの関係は速度分散-サイズ関係よりも強い相関を示す一方で、その指数が従来想定されてきた自己重力起源の値0.5と大きく異なることから、この関係は自己重力以外の物理過程に起因している可能性を示唆している、またHII領域内外で有意な差はみられなかった
• 外圧を考慮した分子雲平衡モデルでは、σv^2 R - Σ空間においてビリアル条件や一定外圧を示す特徴的な分布が予測されるが、RMCのサブ構造はそれらに沿った集中を示さず、外圧の寄与が小さいか、構造ごとに大きく異なる可能性が示唆される
• σv^2 R - Σ関係のべき指数はH II領域内（0.5）で外側（0.3）より大きく、H II領域内のサブ構造では重力の影響がより支配的である可能性が示される
• 重力的に束縛された構造は樹状図上で主にトランク上部に分布し、ほぼすべての自己重力的リーフが自己重力的な親構造の中に含まれている
• RMCのサブ構造では重力的に束縛された構造ほど系統的に高質量で、最大質量（～2×10³ M⊙）の構造はすべて束縛状態にある一方、低質量構造（≲10 M⊙）は非束縛であることが多く、これは質量とビリアルパラメータの反相関として既知の傾向と一致している
• 半径分布に関して、非束縛構造は主に2 pc以下に集中しており、半径が2 pcを超えるサブ構造は重力的に束縛されている可能性が高い
• 速度分散の分布は重力的束縛状態による顕著な差を示さないが、束縛構造はより大きなサイズと質量を持つことから、同程度の速度分散であることは、これらの構造内部では相対的に乱流が弱いことを示唆している
• 半径–速度分散関係から、非束縛構造の方が重力的に束縛された構造よりもやや強い乱流運動を示す傾向が明らかである
• αvirはサイズ、質量、表面密度が増加するにつれて系統的に減少し、より大きく高密度・高質量な構造ほど重力支配的になる傾向が確認される
• 自己重力構造の割合（光度加重）は、半径・質量・表面密度の増加に伴って段階的に上昇し、H II領域の内外で大きな違いは見られないことから、RMCでは小スケール（約0.25 pc）から大スケール（約10 pc）へ向かうにつれて、自己重力の重要性が一貫して高まることが示唆される