Abstract

High-mass stars have an enormous influence on the evolution of the interstellar medium in galaxies, so it is important that we understand how they form. We examine the central clumps within a sample of seven infrared-dark clouds (IRDCs) with a range of masses and morphologies. We use 1-pc-scale observations from the Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) and the IRAM 30m telescope to trace dense cores with 2.8-mm continuum, and gas kinematics in C18O, HCO+, HNC, and N2H+ (J = 1–0). We supplement our continuum sample with six IRDCs observed at 2.9 mm with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), and examine the relationships between core- and clump-scale properties. We have developed a fully automated multiple-velocity component hyperfine line-fitting code called mwydyn which we employ to trace the dense gas kinematics in N2H+ (1–0), revealing highly complex and dynamic clump interiors. We find that parsec-scale clump mass is the most important factor driving the evolution; more massive clumps are able to concentrate more mass into their most massive cores – with a log-normally distributed efficiency of around 9 per cent – in addition to containing the most dynamic gas. Distributions of linewidths within the most massive cores are similar to the ambient gas, suggesting that they are not dynamically decoupled, but are similarly chaotic. A number of studies have previously suggested that clumps are globally collapsing; in such a scenario, the observed kinematics of clump centres would be the direct result of gravity-driven mass inflows that become ever more complex as the clumps evolve, which in turn leads to the chaotic mass growth of their core populations.

Memo

  • Hub filament system (HFS)では、系の中心にある大質量コアに向かってフィラメントに沿って速度勾配が存在し、10^-4 ~ 10^-3 Mo yr^-1 のスピードで系の中心に物質が運ばれている
  • HFSにおける最も質量の大きいコア(MMC)は早い時期に最も急速に成長し、残りのコア集団は、クランプがより広い環境から物質を獲得するにつれて、MMCよりも後に成長する
  • ビリアルパラメータ α = 5 σ^2 R / GM は非一様で非球面的な構造に対しては質量分布を再現するための1次の因子が組み込まれているので、ρ(r) ∝ r^-2 の半径方向の密度分布を持つ光源では、運動エネルギーと重力エネルギーの等分散は α = 3.3 で起こる
  • パラメータ fC は位置 (x, y) のクランプの近傍にあるフィラメントを識別し、近傍の複数のフィラメントの収束点に位置するクランプには高い値 fC → 1 を与え、自分自身に向いている局所的なフィラメントを持たないクランプには低い値fC = 0を与えることによって、クランプのHFS的性質を定量化する
  • MWYDYNによって同定された成分のFWHM線幅の分布は、MMC内部の成分とコアに無関係な成分との間では根本的に異なるものではなく、MMC内の全体的な運動学がクランプ内部と大きく異なっていないこと、そしてMMCが観測スケールで親クランプから運動学的に切り離されていないことを示唆している
  • コアの成長はより広い環境からの物質の継続的な降着によって促進され、MMC質量と1-pcクランプ質量の相関は初期の段階では弱く、時間の経過とともに強まる(page.1189)
  • fCの増加に対してqMMCが減少することから、より広い環境からの質量降着が最初はMMCに集中し、後の段階で周囲のコアがより大きな割合の降着物質を受け取ると考えられる
  • ビリアルパラメータはクランプ質量やfCと負の相関を持っており、運動学的に複雑であるにもかかわらず、質量が最も大きいクランプのビリアルパラメータが最も低いという事実は、重力がエネルギーの全体的なバランスを支配し続けていることを示している
  • MMCは、より多くのフィラメントが収束しており、高い速度分散を持つ、最も大質量のクランプに位置している
  • ハブフィラメントの形態は、特定の初期条件の結果ではなく、クランプ進化そのものの副産物であり、クランプの重力ポテンシャルは時間とともに周囲のフィラメント構造を引き込み、それが収束点でのMMCの成長を促進する

(HFSはクランプ進化の副産物である。フィラメントに沿って物質が中心のクランプに運ばれ、最初にMMC、その後に他のコアの成長が促進される。MMCは運動学的に周囲のクランプとはそこまで大きく異ならず、故にMMCがガス内部と切り離されているわけではない。)

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