Abstract

We present a wide-field study of a dense region within the Polaris Flare using 12CO, 13CO, and C18O (J = 1–0) observations at 15″ resolution, obtained with the Nobeyama 45 m Radio Telescope. The analysis reveals molecular gas formation occurring at column densities up to ∼1021 cm−2, evidenced by an anticorrelation between H i and CO distributions, indicating active atomic-to-molecular gas conversion. We found a threshold column density for molecular formation at ∼5 × 1020 cm−2, which is common among more evolved molecular clouds. The CO-to-H2 conversion factor, XCO, was found to be 0.7 × 1020 H2 cm−2 (K km s−1)−1, lower than the solar neighborhood average. Our chemical models estimate the cloud’s age to be ∼​​​​​​105–106 yr, suggesting an early stage of molecular cloud evolution. This interpretation is consistent with the observed low XCO factor. While virial analysis suggests that the entire cloud is gravitationally unbound, we identified several filamentary structures extending from the main cloud body. These filaments show systematic velocity gradients of 0.5–1.5 km s−1 pc−1, and analysis of the velocities shows that the molecular gas within them is falling toward the main cloud body, following a freefall model. This suggests ongoing mass accumulation processes through the filaments, demonstrating that gravitational processes can be important even at column densities of ∼1021 cm−2.

Memo

  • Polaris Flareは乱流運動が支配的であり星形成効率が低いことから、重力の影響が雲のダイナミクスに影響を与え始めたばかりであり、分子雲進化の初期段階にあると考えられている
  • Polaris Flareは高緯度に位置しているため、銀河面の雲に比べダイナミクスを複雑にする寄与から孤立しており、理論モデルの検証に特に適している
  • Polaris Flareにおいて、13COやC18Oの柱密度はHIの柱密度と負の相関を示しており、Polaris Flareでの原子ガスから分子ガスへの変換を表している可能性がある
  • 低密度領域ではHIの柱密度はH2の柱密度の二倍に等しいが、高密度領域ではH2柱密度に対しHI柱密度が平坦になり、原子ガスから分子ガスへの変換を表している
  • Polaris FlareのXCOファクター(CO-to-H2柱密度比)は太陽近傍の星形成領域よりも低く、雲の化学進化が初期段階にあることを示している
  • 高密度領域における線幅は雲全体の線幅と一致していることから、グローバルな流れが存在してもそれが線幅に与える寄与は最小限であり、観測される線幅は主に乱流運動に起因すると考えられる
  • Polaris FlareではMvir > Mcloud、またキネティック > ポテンシャルであり、内部には大規模な速度勾配が存在した
  • Polaris Flareには複数のサブフィラメントが存在し、PV図からこれらは中心に向かって加速し降着している
  • 全体としては乱流が卓越しているPolaris Flareのような低密度領域でも、サブフィラメントを通じた継続的な質量降着によって重力的に束縛された構造が作られ得る
  • Polaris Flareは雲のダイナミクスの多スケール性を示しており、これは重力が複数のスケールで同時に雲の進化を促進する全休的崩壊シナリオ(E. Vázquez-Semadeni et al. 2019)と一致している
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