星形成ゼミ：2016/5/23 (月)An ALMA Search for Substructure,Fragmenta6on, and Hidden Protostars
in Starless Cores in Chamaeleon I
著者:Michael M. Dunham, Stella S. R. Oﬀner, Jaime E. Pineda, Tyler L. Bourke, John J.
Tobin, Héctor G. Arce, Xuepeng Chen, James Di Francesco, Doug Johnstone, Katherine
I. Lee, Philip C. Myers, Daniel Price, Sarah I. Sadavoy, ScoR Schnee (Proposal のP.I.)
この論文の概要
・ALMA を用いてChamaeleon I (以下、Cha1)のダストソースを片っ端から観測
・Spitzer, Herschelで見えていた原始星等は全てdetectできたが、それ以外のStarless core(56個)は全てnon-detec6on
・上記の結果より、(Cha1では)以下の2つの可能性を示唆
1. Cha1のStarless coreはcollapse しておらず、星形成活動は終わりに向かっている
2. 分子雲コアはturbulent fragmenta6on シナリオが予想するよりもsubstructureを作らず、BE球likeな進化を辿る。
資料作成：徳田一起(大阪府立大学)

この論文を紹介しようと思った背景
原始星形成初期段階にある分子雲コア(MC27/L1521F)はsubstructure が卓越

HCO+(3-2)
Contour : 0.87 mm Con6nuum(原始星~0.06Lo)

星なし高密度コア

ALMA Cycle0 の観測(Tokuda et al. 2014)

ALMA Cycle1 の観測(Tokuda et al. 2016, Accepted by ApJ)

今回紹介するCha1の結果は、これらMC27/L1521Fの結果と逆センスである。
この場ではどちらが星形成の描像として一般的か等を議論するわけではありませんが、ChaIの観測の妥当性を理論的/観測的観点から皆さんと議論できればと思います。

Introduc6on
Tobinさんのスライドより

・分子雲コアがいつ、どのように分裂していくかを知ることは、連星系の起原を知る上で重要・Turbulent fragmenta6on が星なしコアの段階で重要になってくるらしい
・これまでの干渉計(CARMA等)ではそのようなfragmenta6onコアを見つけるのは困難であったが、ALMAでようやくできるようになってきた。

Observa6ons
観測諸元
観測サイクル

Cycle1

アンテナ台数25台(12-m arrayのみ)

観測BandBand 3 (2.8mm)

連続波Band 幅

6 GHz

観測輝線

CO(1-0)※1

観測点(天体)数73

On-source 6me~1 min./poin6ng

ビームサイズ~2” (300 AU)

主ビームサイズ~60”

最大リカバーSize~25”感度(1σ rms)

~0.1 mJy/beam~1 x 103 Mo/beam※1 今回の論文では出てこない

Fig.1, カラー：APEX LABOCA 870μm(Belloche et al. 2011b)
緑丸：ALMAの観測点

この観測の感度/分解能等はどうのように決まったか・感度：~0.1 mJy/beamPerseus (L1448-IRS2E, Per-Bolo 45, Per-Bolo 58, L1451-mm)の観測で、Spitzer 等で見つかっていなかったソースの強度を基準- 周波数106 GHz で見た (0<β<2を仮定)- 距離:230 pc (Perseus)から150 pc (Chamaeleon)=> 0.7 ~ 17.7 mJy/beam の強度でdetec6onできると予想
・空間分解能：~2”(300 AU)
特に言及はされていない
上記のPerseus の観測が1”~6”であること、および後述のsimula6onの結果より、2”くらいあれば検出できると考えたと思われる。
・Substructure が検出される可能性のあるコアは >3/56
56個検出可能なコアのlife 6me
全コアのlife 6me

自由落下で進化すると、τ ∝ n-0.5 なので、検出可能なコアの密度=8.9 x 107 cm-3
観測したコアの密度のlower limit > 2.8 x 105 cm-3

Results : Starless core以外
赤：Herschel 70mμ
グレー:ALMA 106GHz

ALMA以外のデータのSED・Class 0 (Cha-MMS1, ﬁrst core candidate) が1個
・Class Iが4個
・Flat-spectrum or Class II (disk) が11個
これらは、全てHerschel or Spitzer で確認されていたもの
Chamaeleon I では原始星カタログはこれまでのものでコンプリートであった(後述のように今回新しくdetect したソースはなかったので)

Synthe6c Observa6ons of Simula6ons
シミュレーションについて・ORION AMR code(Klein 1999, Truelove+1998, Li+2012)
・磁場有り・温度 10 K(分子雲コア)
・分子雲コアは1000 Kで100倍密度の低いガスに囲まれている・k =1-2の乱流をt=0の時に挿入
C04

C4Fig., 4,5 Simula6onの結果得られた柱密度分布(ファーストコア形成, sinkの挿入直前)
c.f. 磁場はZ軸方向

Synthe6c Observa6ons of Simula6ons
Fig. 8・C04 (0.4 Mo) => 8.9 x 107 cm-3 を超えたあたりで検出可
・C4 (4 Mo) => 3.3 x 107 cm-3 を超えたあたりで検出可(これは磁場がZ軸方向だった場合)母体となるコアの重さによらず、コンパクトな構造は同じになる(Fig. 8は最初に検出可能になる時の空間波長に対するTotal mass)
C04

C4Fig. 6,7 : 前ページのSimula6on 結果をCASA simulator に通した結果表示している範囲は前ページのFigの黒枠の領域1000 AU

Results & Discussions : Starless core
56個のStarless coreが全てnon-detec6onであった。

考えられる間違い
1. Starless coreのタイムスケールがfree-fall 6me
2. 星形成活動がCha Iで進行中
3. シミュレーションがCha I領域に不適応Results & Discussions : Starless core
56個のStarless coreが全てnon-detec6onであった。

考えられる間違い
1. Starless coreのタイムスケールがfree-fall 6me
・自由落下で進化すれば、
τ∝n^-0.5 となる。
・Simula6on では
C4 のベキ：τ∝n^-0.4
C04のベキ：τ∝n^-0.5※C04の方が今回観測したものに近い
Free-fall 6meに比例して進化するという見積もりは理論的/観測にも間違っていない。
Fig.9 Jessop & Ward-Thompson 2000の図と今回のsimula6onの比較

Results & Discussions : Starless core
56個のStarless coreが全てnon-detec6onであった。

考えられる間違い
2. 星形成活動がCha Iで進行中

Ra6o of Class 0+I to Class II・Cha I : 0.06
・Spitzer c2d cloudの平均 ：0.32
若い星の割合が他の領域に比べて極めて低く、星形成活動は減少傾向にある？
(see also Belloche et al. 2016)
Fig. 11もその結果を支持
Cri6cal MBEを超えるUnstable なコアが少ない

Results & Discussions : Starless core
56個のStarless coreが全てnon-detec6onであった。

考えられる間違い3. シミュレーションがCha I領域に不適応・シミュレーションの結果生じる線幅(ファーストコア形成直前)は~0.1 km/s=>観測されているCha I dense coreの線幅とよく一致(Tsitali et al. 2015)
しかし、今回のシミュレーションがCha Iに適応できないと言うことは可能である

Fig. 12 BE球をCASAシミュレーターに通した結果BE球の進化だと、中心密度が1010 cm-3 を超えても今回の観測では検出できない

Summary (Dunham et al. 2016)
・ALMA を用いてChamealeon I (以下、Cha1)のダストソースを片っ端から観測
・Spitzer, Herschelで見えていた原始星等は全てdetectできたが、それ以外のStarless core(56個)は全てnon-detec6on
・上記の結果より、(Cha1では)以下の2つの可能性を示唆
1. Cha1のStarless coreはcollapse しておらず、星形成活動は終わりに向かっている
2. 分子雲コアはturbulent fragmenta6on シナリオが予想するよりもsubstructureを作らず、BE球likeな進化を辿る。

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