The highly variable time evolution of star-forming cores identified with dendrograms
We investigate the time evolution of dense cores identified in molecular cloud simulations using dendrograms, which are a common tool to identify hierarchical structure in simulations and observations of star formation. We develop an algorithm to link dendrogram structures through time using the three-dimensional density field from magnetohydrodynamical simulations, thus creating histories for all dense cores in the domain. We find that the population-wide distributions of core properties are relatively invariant in time, and quantities like the core mass function match with observations. Despite this consistency, an individual core may undergo large (>40 per cent), stochastic variations due to the redefinition of the dendrogram structure between time-steps. This variation occurs independent of environment and stellar content. We identify a population of short-lived (<200 kyr) overdensities masquerading as dense cores that may comprise per cent of any time snapshot. Finally, we note the importance of considering the full history of cores when interpreting the origin of the initial mass function; we find that, especially for systems containing multiple stars, the core mass defined by a dendrogram leaf in a snapshot is typically less than the final system stellar mass. This work reinforces that there is no time-stable density contour that defines a star-forming core. The dendrogram itself can induce significant structure variation between time-steps due to small changes in the density field. Thus, one must use caution when comparing dendrograms of regions with different ages or environment properties because differences in dendrogram structure may not come solely from the physical evolution of dense cores.
Memo
- AMDシミュレーションにおいて、解像度がより高くなる閾値をastrodendroのmin_valueに設定することができる
- あるタイムステップにおけるleafの重心が、他のタイムステップのleaf内部に含まれているかでleafの時間発展を追うことができる
- leaf重心がタイムステップ間でお互いに完全に含まれていなかったとしても、重心が輪郭からある距離だけ離れた場所よりも近くにあれば同じleafであるという緩い制約を採用することもできる、この制約の下ではleafの輪郭の変動を許容しつつ、密な構造におけるleafの解析が容易になる
- leafの質量分布は重力崩壊の起こり始め以外に大きく変化することはないが、個々のleafの質量変化は大きく滑らかでない
- 標準偏差を平均で割った量である変動係数CVにより物理量が%の単位を持ち、相対的な変化をよりよく理解できる
- 星を持たない孤立した低密度コアの物理量は、leaf内部の重要でない物理的構造の変化によって激しく変動するが、中には静的な変化を示すものもある、このようなコアは星形成プロセスに参加せずにコア特性分布の統計に寄与するため、CMF→IMFのマッピングを混乱させる
- ほかの物理量に比べ、ビリアルパラメータは時間とともに低下する傾向にあるが、ビリアルパラメータの値そのものが雲内に生成されたシンク粒子の値と相関があるわけではない
- シミュレーションから作成されたCMFは比較的時間に対し不変だった
- シンクの有無やビリアルパラメータの値など、様々な条件の下でコアを絞り込み特定されたCMFはどれも似たような形状であり時間的に不変のため、星形成プロセスに関与しない構造はCMFの形状にはほとんど影響を与えない
- 物理的構造の変化とdendrogramの構造の変化を区別する簡単で自動化された方法は存在しないため、物理的な変化がほとんどないにもかかわらず、アルゴリズム的な変動により構造が大きく異なるものになる可能性がある
- 複数の星を含むシステムは単一の星を含む複数のleafが合体して生じるわけではなく、むしろ束縛された複数の星が一つのleafの内部で形成され、それによるガスの過密状態の蓄積がさらなる星の形成につながると考えられる
- 非常に変動しやすい密度という尺度ではなく、ビリアルパラメータや速度分散、重力ポテンシャルなどの比較的安定した量によりコアを識別したほうが良い可能性もあるが、このような量は一般に観測するのが困難であり、シミュレーションと観測の比較が難しくなる
- CMFは星形成領域の時間変化に対して粗いため、CMFの変動は星形成領域の年齢のみに起因するものでもないと考えるべきである