Kinematics and star formation toward W33: a central hub as a hub

Abstract

Aims. We investigate the gas kinematics and physical properties toward the W33 complex and its surrounding filaments. We study clump formation and star formation in a hub–filament system.Methods. We performed a large-scale mapping observation toward the W33 complex and its surroundings, covering an area of 1.3° × 1.0°, in ¹²CO (1–0), ¹³CO (1–0), and C¹⁸O (1–0) lines from the Purple Mountain Observatory (PMO). Infrared archival data were obtained from the Galactic Legacy Infrared Mid-Plane Survey Extraordinaire (GLIMPSE), the Multi-band Imaging Photometer Survey of the Galaxy (MIPSGAL), and the Herschel Infrared Galactic Plane Survey (Hi-GAL). We distinguished the dense clumps from the ATLASGAL survey. We used the GLIMPSE I catalogue to extract young stellar objects.Results. We found a new hub–filament system ranging from 30 to 38.5 km s⁻¹ located at the W33 complex. Three supercritical filaments are directly converging into the central hub W33. Velocity gradients are detected along the filaments and the accretion rates are in order of 10⁻³ M_⊙ yr⁻¹. The central hub W33 has a total mass of ~1.8 × 10⁵ M_⊙, accounting for ~60% of the mass of the hub–filament system. This indicates that the central hub is the mass reservoir of the hub-filament system. Furthermore, 49 ATLASGAL clumps are associated with the hub–filament system. We find 57% of the clumps to be situated in the central hub W33 and clustered at the intersections between the filaments and the W33 complex. Moreover, the distribution of Class I young stellar objects forms a structure resembling the hub–filament system and peaks at where the clumps group; it seems to suggest that the mechanisms of clump formation and star formation in this region are correlated.Conclusions. Gas flows along the filaments are likely to feed the materials into the intersections and lead to the clustering and formation of the clumps in the hub–filament system W33. The star formation in the intersections between the filaments and the W33 complex might be triggered by the motion of gas converging into the intersections.

Memo

W33複合体は、銀河面内に位置する約2.4kpcの距離にある巨大星形成領域であり、速度の異なる複数の分子雲（約35 km/sと58 km/sなど）が同じ距離で衝突することによって、その莫大な質量と光度を持つ現在の構造が形成されたと考えられている
ガウス関数フィッティングにより、W33複合体は視線方向に6つの速度成分を持つことが分かった
特定された6つの速度成分について、C18O積分強度マップを_Spitzer_ 8 μm放射と重ね合わせて比較した結果、30–44 km s⁻¹成分がW33複合体本体に、48–60 km s⁻¹成分がW33Bに対応することが判明し、さらにW33周辺を取り囲む5つの赤外暗黒フィラメント（f1–f5）の存在も明らかになった
30–44 km s⁻¹の速度域をPPV（位置-位置-速度）空間で詳細に解析した結果、30–38.5 km s⁻¹の成分においてW33複合体を「ハブ」、周辺のフィラメント（hf1–hf3）を「スポーク」とするハブ-フィラメントの構造が明らかになった
ハブ-フィラメント系は、系全体の質量の6割が中央ハブに集中し、全域で音速を超える乱流が支配的な、大規模かつ高密度な星形成環境であることが物理量解析から明らかになった
ATLASGALのデータから特定された49個の高密度ダストクランプが、ハブであるW33本体（28個）とフィラメント（16個）に沿って分布しており、それらが同一の距離と速度範囲を共有している事実は、この領域が物理的に結合した一つの巨大なシステムであることを裏付けている
W33のハブ・フィラメント系に存在する49個のクランプは、その76%以上で星形成が進行中であり、特に大質量星形成の指標を満たすクランプがハブとフィラメントの両方に半数近く存在することから、システム全体が大規模な星形成に適した極めて活発な環境であると言える
赤外線カラー・カラー図を用いた解析により特定された約2000個の若い星（YSO）のうち、より進化の初期段階にあるクラスI天体の分布密度が、ハブ・フィラメント構造やダストクランプの集まりと極めてよく一致していることから、このシステム全体の構造形成と星形成メカニズムが密接に連動していることが示唆された
ハブ（接合部）に向かって距離が縮まるほど系統的に速度が変化する速度勾配（0.10〜0.32 km s⁻¹ pc⁻¹）が3本のフィラメントすべてで確認され、これは周囲のフィラメントから中央ハブへとガスが流れ込み、系全体が重力収縮していることを示す強力な動力的証拠となっている
PV図の解析からケプラー回転の兆候が見られない一方で、3本のフィラメント（hf1-hf3）を介して合計で年間約0.017太陽質量という、他領域より2桁も大きな圧倒的な流量のガスが中央ハブへ直接供給されており、この大規模な質量降着がW33における巨大な原始星団形成の原動力となっている可能性が示唆された
ハブであるW33本体にシステム全体の約6割にあたる18万太陽質量のガスが集中しており、各フィラメントが供給路として交差点であるハブに大量のガスを運び込むことでクランプ形成を促進していることに加え、領域全体の全体的重力崩壊（Global Collapse）が中心部へのさらなる質量供給を後押ししていることが明らかになった