Abstract

We use a suite of 3D simulations of star-forming molecular clouds, with and without stellar feedback and magnetic fields, to investigate the effectiveness of different fitting methods for volume and column density probability distribution functions (PDFs). The first method fits a piecewise lognormal and power-law (PL) function to recover PDF parameters such as the PL slope and transition density. The second method fits a polynomial spline function and examines the first and second derivatives of the spline to determine the PL slope and the functional transition density. The first PL (set by the transition between lognormal and PL function) can also be visualized in the derivatives directly. In general, the two methods produce fits that agree reasonably well for volume density but vary for column density, likely due to the increased statistical noise in the column density PDFs as compared to the volume density PDFs. We test a well-known conversion for estimating volume density PL slopes from column density slopes and find that the spline method produces a better match (χ2 of 3.34 versus χ2 of 5.92), albeit with a significant scatter. Ultimately, we recommend the use of both fitting methods on column density data to mitigate the effects of noise.

Memo

  • 分子雲のPDFは、乱流が支配的な段階における対数分布(LN)から、自己重力が支配的な段階におけるべき乗測(PL)へ移行する
  • PLの傾きは恒星の数と相関があることが示されており、SFRをトレースしたものと考えられる
  • LNからPLに遷移する際の雲密度(遷移密度)は、マッハ数とビリアルパラメータによって示される雲内の乱流の強さに依存する(B. Burkhart & P. Mocz 2019)
  • 区分フィッティングを用いた際の遷移密度より、スプラインフィッティングを用いた際の遷移密度のほうが高い
  • スプラインフィッティングによれば、高密度領域に対応する、緩やかな傾きの二つ目のPLが存在する
  • 観測による柱密度PDFはサンプル数が少ないため、区分フィッティングのパラメータ決定が難しく、パラメータに依存しないスプラインフィッティングが有用である
  • シミュレーションに原始性からのアウトフローが含まれているとき、それによる乱流でLNの幅が広がる
  • 柱密度PDFを退席密度PDFに変換した際、区分フィッティングよりスプラインフィッティングのほうが一貫したPLの傾斜を持つ
  • 活発な星形成を示す高密度なクランプは二つのPLを示し、これは回転効果、熱力学効果、磁場などによるものだと考えられている(N. Schneider et al. 2015)
  • 柱密度PDFの形状の多様性が雲の特性を表すなら、それに依存しないフィッティングは極めて重要である
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