ReferenceHierarchical Structure and Self-gravity in the Maddalena Giant Molecular Cloud

Hierarchical Structure and Self-gravity in the Maddalena Giant Molecular Cloud

Abstract

In this work, we present data from the Milky Way Imaging Scroll Painting project for the Maddalena giant molecular cloud (GMC). We decompose the 13CO emission datacube of the observed region into hierarchical substructures using a modified dendrogram algorithm. We investigate the statistical properties of these substructures and examine the role that self-gravity plays on various spatial scales. The statistics of the mass (M), radius (R), velocity dispersion (σ v ), virial parameter (α vir), and sonic Mach number of the substructures are presented. The radius and mass distributions and the σ v –R scaling relationship of the substructures resemble those reported in previous studies that use nonhierarchical algorithms to identify the entities. We find that for the hierarchical substructures α vir decreases as the radius or mass of the substructures increases. The majority of the substructures in the quiescent region of the Maddalena GMC are not gravitationally bound (α vir > 2), while most of the substructures in the star-forming regions are gravitationally bound (α vir < 2). Furthermore, we find that self-gravity plays an important role on scales of 0.8–4 pc in the IRAS 06453 star-forming region, while it is not an important factor on scales below 5 pc in the non-star-forming region.

Memo

  • Maddalena GMC（G216−2.5）は、距離2.41 kpcに位置する大規模な分子雲で、かつては低温・低星形成活動の静穏な雲と考えられていたが、近年の観測により中心部や周縁で若い星や原始星が発見され、現在も星形成が進行していることが明らかになった
  • 中心領域では他の活発な星形成領域（例：Rosette GMC）に比べて高密度ガスが不足しており、乱流や過去の大質量星形成の影響が星形成効率を制御している可能性が示唆されている
  • Maddalena GMCは北東から南西方向に約0.08 km s⁻¹ pc⁻¹の大規模な速度勾配を示し、中心部では高いCO輝度と最大∼6 km s⁻¹（多成分領域では∼10 km s⁻¹）の大きな速度分散が見られ、活発な星形成と強い内部運動を反映している
  • Maddalena GMC内のサブ構造は半径0.3 pc以上で解析され、半径分布はピーク∼0.7 pcを持ち、全体として指数−2.59のべき乗分布に従う一方、階層構造は単独構造（-4.11）よりも浅い分布（-2.24）を示している
  • Maddalena GMC内の構造の質量分布は10–10³ M⊙の範囲で指数−1.64のべき乗則に従い、半径分布と同様に階層構造が単独構造よりも浅い分布を示している
  • Maddalena GMC内の構造のうちビリアルパラメータが2未満のものは全体の11%に過ぎず、多くの構造が外力なしでは平衡を保てない一方で、単独構造と階層構造の間で速度分散とビリアルパラメータの分布に大きな違いは見られない
  • Maddalena GMC内のサブ構造のマッハ数は中央値で約3.3–3.6と中程度の超音速乱流を示し、単独構造と階層構造の間で有意な差は見られない
  • Maddalena GMCの階層構造は、半径0.3–10 pcの範囲で速度分散と半径の間にσv ∝ R^0.55±0.03のべき乗関係を示し、進化段階によらず概ね不変である
  • 質量–半径関係は指数2.27のべき乗則に従い、大きな構造ほど平均柱密度が高いことを示しているため、分子雲が一定の表面密度を持つとするLarsonの第3法則とはやや矛盾している
  • 階層構造における σv²/R と表面密度 ΣMC の関係は指数0.57のべき乗則に従い、多くの構造は単純なビリアル平衡線や限界的重力束縛線より上側に分布している、これらの構造を束縛するには102–104 K cm⁻²程度の外圧が必要である
  • 大きなスケール（高ステージ）の構造ほど重力的により束縛される傾向が見られる
  • コア内のサブ構造とそれ以外のサブ構造との比較から、星形成領域と静穏領域でσv–R関係やM–R関係の傾き自体は大きく変わらないものの、星形成領域の構造はより高質量・高柱密度で自己重力的に束縛されやすく、星形成が高密度で重力的に結合した領域で起こるという古典的描像と整合的である
  • 半径・質量が大きくなるにつれてビリアルパラメータは低下する傾向を示し、特に星形成領域であるMaddalena-coreとIRAS 06453では多くの構造が重力的に束縛されているのに対し、Maddalena全体では非星形成領域の構造の大半が非束縛的である
  • IRAS 06453 では約0.8–4 pcのスケールで自己重力が重要であり、Maddalena-core では約1 pc未満および2 pc以上で自己重力が支配的となる一方、Maddalena の静穏領域では全スケール（≲6 pc）にわたって自己重力的な構造は25%未満にとどまり、自己重力がほとんど支配的でないことが示された
  • Maddalena GMCの13CO観測から得られたサブ構造数 Ntot と階層レベル数 Nlevel は min_delta に対してそれぞれ指数 −2.6 と −1.6 のべき乗則に従い、これは音速マッハ数 ∼3、アルヴェンマッハ数 ∼0.7 の数値シミュレーション結果と整合的であることから、これらの関係がGMCにおける乱流や磁場強度の指標として有効であることを示している
Built with LogoFlowershow