南極30mテラヘルツ望遠鏡で探る
フィラメント形成
大質量星形成領域における島尻芳人 (CEA/Saclay,)[目次]
1. 低質量星形成領域によるフィラメント形成
2. フィラメント形成の研究に要求されるスペック
3. 大質量星形成領域におけるフィラメントの観測
4. 南極30mテラヘルツ望遠鏡で探るフィラメント形成
5. [宣伝]NIKA2/IRAM30m (1mm,2mm, pol)6. 偏波観測@南極30mテラヘルツ望遠鏡

1/21

星形成シナリオ

2/21

Greene et al. 2001

3/21

2010年頃、星形成業界に何かが起きた!?
とある星形成に関する論文の引用数(2018/9/6現在)

4/21

2010年頃、星形成業界に何かが起きた!?

Ostriker, J, ApJ, 1964, 140, 10560

低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ-フィラメント構造の普遍性-

Herschel (2009-2013)
IC5146
PolarisOrion B

Andre et al. 2010, 2014,
Molinari et al. 2010,
Arzoumanian et al. 2011

ハーシェル宇宙望遠鏡による近傍星形成領域(<500pc)の観測の結果、至る所でフィラメント状の構造が検出された。

5/21

低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ-フィラメント形成シナリオハーシェルの結果等から提唱されているフィラメント形成シナリオ

6/21

7/21

低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ-フィラメント幅の普遍性フィラメント幅の分布

ALMA+30m N2H+

←ピーク＠0.1pc
ハーシェル

Wfil = 0.035pc
Hacar et al. 2018
Arzoumanian et al. 2011, 2018

ハーシェル: 0.1pc幅
分子輝線: 0.035pc (H13CO+, N2H+), 0.4pc (13CO)

NGC2024領域におけるフィラメントでのHerschel, H13CO+, C18O, 13COのradial profileの比較から、分子輝線から見積もられたフィラメント幅は、Herschelから見積もられたフィラメント幅と異なる結果を示す。
Shimajiri et al. 2018b in prep.

低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ

8/21-フィラメントの質量成長形態学的証拠

質量成長運動学的証拠

blue-shifted 12CO
filament traced in 13CO
red-shifted 12CO

pv

color: 13CO(1-0)□: gas accretion modeltcuelin

Palmeirim et al. 2013

Shimajiri et al. 2018a in prep.

[形態学的証拠] フィラメントの北側にred-shift、南側にblue-shift。
[運動学的証拠] gas accretionモデルと観測の速度構造が一致。

周辺ガスの流入によりフィラメントが質量成長低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ

9/21-フィラメントの分裂による星形成コアの形成フィラメント分裂→コア

形態学的証拠運動学的証拠VSF analysis result
0.14

Fragmenting
ﬁlament model

0.12
0.1

Sv

1/2(km/s)

Good Agreement
0.080.06

Observational
results

0.04△: prestellar cores△: protostellar cores

0.02

Non-fragmenting
ﬁlament model00

Konyves et al. 2015

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.60.7l (pc)

Shimajiri et al. 2018b in prep.

[形態学的証拠] 大部分のコアはフィラメントに埋もれている。
[運動学的証拠] 分裂中のフィラメントのモデルと観測のVSFが一致。
フィラメントから分裂することでコアが形成10/21

低質量星領域におけるフィラメント形成シナリオ-フィラメントの内部構造Velocity coherent structure (ファイバー)NGC1333

Orion A

Hacar et al. 2018
IRAM30m C18O(1-0)

Hacar et al. 2013
0.1pc

IRAM30m
N2H+(1-0)

Hacar et al. 2017

0.1pc
0.1pc

0.1pc

11/21

フィラメント形成シナリオの普遍性系内の観測結果をもとに、LHCNの質量変換係数。
この係数を用いて、系外銀河のMdenseを補正。

SFEdense predictedfrom “microphysics”
of the star formationin filaments

Shimajiri et al. 2017

●SFEdense ~ 一定 (星形成から銀河スケール)
predicted,filament●SFEdense ~ SFEdense
高密度ガス(フィラメント)から星への星形成則の普遍性

この普遍性を確立するためには、大質量星領域や系外銀河におけるフィラメント形成シナリオを直接観測で明らかにする必要がある。

フィラメント研究に要求される電波観測のスペック

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質量成長
blue-shifted 12CO
filament traced in 13CO
red-shifted 12CO

morphology
pv

color: 13CO(1-0)□: gas accretion modeltcuelin

Shimajiri et al. 2018a in prep.

Palmeirim et al. 2013

✔️Diffuse gas tracersex) 12CO, 13CO
✔️dV < 0.1 km/s✔️θ ~ 0.1 pc✔️wide-field

分裂→コア
VSF analysis result
0.14

Fragmenting
ﬁlament model

0.12
0.1
0.08

Sv1/2(km/s)

Good Agreement

0.06

Observational
results

0.04△: prestellar cores△: protostellar cores

0.02

Non-fragmenting
ﬁlament model

00Konyves et al. 2015

0.1

0.2

0.3

0.4
l (pc)

0.5

0.6

0.7

Shimajiri et al. 2018b in prep.

✔️Dense gas tracersex) C18O, N2H+, H13CO+✔️dV << 0.1 km/s✔️θ << 0.1 pcShort summary•

低質量星形成領域におけるフィラメント形成シナリオが確立しつつある。

•フィラメント形成の観測研究には、θ<0.1pc、dV<0.1km/sのマルチラインでの観測が必要。

次のステップ:大質量星形成領域におけるフィラメント形成の解明が重要。

13/21

14/21大質量星形成領域におけるフィラメント形成シナリオ
大質量星形成領域におけるフィラメント
NIR image +ArTéMiS 350µm

ArTéMiS+SPIRE
350µm

NGC6334
ALMA 12m+7m N2H+(1-0)(θbeam~6”)(b)

d~1.7kpc(a)Andre et al. 2016
フィラメント幅は~0.1pcでほぼ同じ。

NGC6334のVsys=-4〜0km/sに対して、-10 km/sにも成分がある。

-10 km/sにも成分のmainHFSがNGC6334成分に付随した成分に影響。
multi HFS fittingにより除去。

getfilament (Men’shchikov 2012,13,17)+ post selection (YS code)の結果
ALMA 12m+7m N2H+(1-0)
Shimajiri et al.
in prep.

colored curve: N2H+ filament

Fiberも検出。Fiberの長さ、Fiber間の速度差は、Taurusとほぼ同じ。

15/21大質量星形成領域におけるフィラメント形成シナリオ
NGC6334
ALMA 12m+7m N2H+(1-0)(θbeam~6”)

Dendrogram(コア同定)の結果

Cloud-cloud collision(b)(a)◯: <-7 km/s◯: -7~-1km/s◯: >-1km/s

high blueshift(<-7km/s)
コアを複数検出

N2H+dense clumps

Fukui et al. 2018

θ〜6”程度の観測で、大質量星形成領域におけるフィラメント形成の過程を解明することが可能。

南極30m鏡によるターゲット候補
ArTéMiS (350μm/450μm) x APEXGTO large program: CAFFEINE(Core And Filament Formation/Evolution In Natal Environments)

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南極30mによる大質量星形成領域におけるフィラメント形成[分子輝線セットの例]
CO(3-2): 345.8GHz (diffuse gas)
13CO(3-2): 330.6GHz (diffuse gas)
C18O(3-2): 329.9GHz (dense gas)
H13CO+(4-3): 346.9GHz (dense gas)
2-3kpcにある大質量星形成領域を350μm&450μm連続波(θ<0.1pc)でカバーし、フィラメント幅の普遍性の解明を目的。

速度情報が不足●45m/ASTE/30mでは、空間分解能不足●ALMA/NOEMA+30m では、観測時間が膨大すぎる

CAFFEINEでは、74領域をターゲットとしているが、南極30m鏡であれば、観測要求を満たし、大部分のCAFFEINEターゲット(51/74)をカバーでき、大質量星形成領域におけるフィラメント形成(質量成長, 分裂)を明らかにすることが出来る。

17/21大質量星形成領域におけるフィラメント形成シナリオ[宣伝] NIKA2/IRAM30m
AzTEC/ASTE 1.1mm
toward Orion A

AzTEC/ASTE → NIKA2/IRAM30m●Integration time: 13hours●Area: ~1 deg × 2 deg

Members of
NIKA2 commissioning (June 2018)●1.1mm→ 1mm, 2mm, 1mm(pol)~2deg●θbeam: 36”→ 12” (1mm), 18” (2mm)●rms: 9mJy/beam→ 7mJy/beam (1mm), 1.5mJy/beam(2mm)

Shimajiri et al. 2011, 2015a~1deg18/21大質量星形成領域におけるフィラメント形成シナリオ[宣伝] NIKA2/IRAM30m[地上望遠鏡に搭載されたカメラのデータの問題点]
大気雑音を除去する際に、広がった天体のemissionの除去されてしまい議論できる内容が限られてしまう。
たとえば、AzTEC 1.1mm(total power)では、3′角以上の構造の議論は出来ない。
Shimajiri et al. 2011, 2015a

入力イメージ30′

磁場のフィラメントにシュミレーション
結果帯する役割の解明を目的にNIKA2 LP(B-FUN)で近傍星形成領域のフィラメントを観測予定。

19/21

南極望遠鏡による偏波観測
SPICA(2027-)
θ=9-32” & wide-field

ALMA
higher θ & small field

南極30m(2034-)
θ=3-6” & wide-field

相補的な役割低質量星形成領域でのフィラメントにおける磁場の役割

http://www.spica-mission.org/downloads/safari-pol-fs.pdf

大質量星形成領域でのフィラメントにおける磁場の役割

Short summary•

350GHzヘテロダイン受信機@南極30m
大質量星形成領域におけるフィラメント形成(質量成長, 分裂)を解明•400-650 GHz連続波

偏波@南極30m

大質量星形成領域におけるフィラメント形成に対する磁場の役割を解明*ALMA, SPICAとも相補的

20/21

21/21Thank youfor your attention!!

Filament formation by large-scale compressions

Inutsuka et al. 2015

Shimajiri et al. in prep.