G0.253 + 0:016:大质量年轻星团的分子云前身

(最近关于银河系内的研究有很多很有意思的工作,既然最近投稿数量明显下降,就请允许我由着自己的性子写点儿我喜欢的文章吧,这篇文章和昨天介绍的相应成趣,很好的展示了大质量星团研究中非常有趣的一面;另外,这个周末要去Arizona大学天文系“访问”,所以周末的更新状态不一定能保证,但如果允许的话,会把周末福利的内容改成照片欣赏的)

文章: G0.253+0.016: a molecular cloud progenitor of an Arches-like cluster

  • 作者:Steven N. Longmore, Jill Rathborne, Nate Bastian, Joao Alves, Joana Ascenso, John Bally 等
  • 论文索引:astro-ph/1110.3199
  • 编辑整理:南京大学 黄崧

文章背景:

前天介绍的年轻大质量星团的研究主要有趣在其特殊的空间位置和观测上的困难,而从更一般的科学问题角度出发,研究这些星团的形成会更加有意思,我们都知道星团是从一大团分子气体演化来的,能否直接观测到从巨分子云团向大质量星团转化的过程对于研究从恒星形成过程到球状星团的形成过程都是很有帮助的;从银河系中和临近的星系中已经发现了一批很出众的YMC,比如著名的银心2兄弟,Arches和Quintuplet,还有NGC3603,以及其他一些名字很奇怪的星团,这些星团不仅仅是质量高,而且很重要的一点是恒星质量密度很高,远远超过了一般的疏散星团,和那些年老的球状星团倒是有的一比,这也是为什么天文学家们认为这些天体可能作为高红移处,球状星团形成环境的类比;不过,在银河系中,我们已经知道了银河系星团的性质有着连续的分布,这是否意味着很多银河系中的YMC其实是形成早期的大质量疏散星团的极端情况?总之,YMC是非常有意思的天体,但是对他们的了解目前确实比较缺乏其前身,或者说,从分子云中形成的初始状态的限制,考虑到他们的性质,这些可能的巨分子云需要质量大,密度高,温度低(10-20K),在已知的银河系分子云中,G0:253 + 0:016(后面我们叫他G0253吧)是最有希望的候选,这个已经被非常详细过的分子云团的整体性质被认为和像Arches这样的大质量星团的前身符合的很好,但是其中的动力学状态和具体的恒星形成状况还有待研究,虽然在其中找到的微弱水脉泽似乎意味着已经有少量的小质量恒星,但我们目前还不确定这个家伙是不是自引力束缚而且准备好了开始坍缩,这也正是本文的研究目标。

本文工作:

关于G0253,目前我们已经知道了这一大团分子气体距离银河系中心60-100pc,距离我们大概8.4Kpc,其中的尘埃温度在20K,柱密度在>10^4 cm^{-3},尘埃质量在10^5 M_{\odot}左右;本文中使用了UKIDSS的近红外巡天,Spitzer的银道面巡天GLIMPSE的多波段数据,还有来自JCMT上面的亚毫米波设备SCUBA的观测,以及Herschel银盘巡天的远红外数据,南天银盘水分子巡天(HOPS)和Millimetre Astronomy Legacy Team 90GHz Survey (MALT90)的数据总之就是几乎所有能找到的已有的关于这个分子云的数据;同时,作者还利用了VLT上面配合了自适应光学技术的近红外成像设备NACO的J,H,K波段对G0253的观测,很幸运的是,市场内刚好就有足够明亮的恒星作为自然导星。


fig1

图一:G0253的主要物理性质以及在3个红外波段的连续谱图像,从左到右依次是3.6-8.0, 70, 450微米

上图中从左至右展示了G0253在3.6-8.0微米,70微米,450微米的观测图像,非常惊艳的是这个家伙在70微米居然还是一团黑影,意味着其中的尘埃柱密度大到了在中红外波段都能阻挡大部分辐射,而到了450微米的远红外波段,突然就可以看到很明显的冷尘埃发射了。而且,一直到70微米处,分子云团中都没有找到可以分辨的点源以及其中脉泽的微弱,更确认了其中缺乏正在活跃进行的恒星形成的证据。

除了这个直观的印象之外,作者结合了所有这些数据,得到了关于G0253的各种具体信息,比如其尘埃质量真的很高,大概在1.5\times10^5 M_{\odot}, 同时尘埃温度很低(23K),并且整个团块的大小只有~2.8pc,这也意味着其尘埃体积和柱密度都非常的高,从动力学的角度看,这一大团分子气体几乎符合维里平衡的状态,这也解释了为什么我们没有看到显著的恒星形成,从这些性质上看,G0253确实符合作为像Arches这样YMC前身的身份。


fig1

图二:G0253的尘埃温度和柱密度的分布

在下图中,作者把G0253的性质和银河系中其他已知星团的性质做了对比,更加凸显了其鹤立鸡群的个性;不过,如果你假定所有的YMC都来自这样质量和性质的分子云的话,那就必须要解释为什么在银河系里面我们之看到了这样的一个特例,你可以说,在现阶段的银河系中,G0253确实是最极端的例子,或者说,在目前的观测中,我们其实还漏掉了很多相似的分子云团,确实,银河系还很大,观测还很不全面,目前还很难说这两种可能到底哪个更可能一些;或者,你还可以说,G0253其实根本就不是很好的YMC前身的候选,毕竟我们在银河系中早就找到了在质量上完全可以形成YMC的分子云,只是其中密度没有G0253这么高,其他性质上略有不同而已,而且目前看上去G0253情绪很稳定,短期内似乎没有坍缩并快速形成恒星的迹象,那么到底要什么样的条件才能让他动心呢?目前还不知道,对这个问题,包括到底什么样的分子云才是货真价实的YMC前身,要想知道答案,可能只能依赖于对与分子云和年轻星团中气体和恒星的具体运动学的进一步观测了。


fig1

图三:银河系中不同星团的半径和质量的关系,图中红色五角星标注出了G0253的位置。

延伸阅读:

  • 1. 文中用到的Methanol Maser Survey主页
  • 2. The Millimetre Astronomy Legacy Team 90 GHz Survey主页
  • 3. HOPS: The H2O southern Galactic Plane Survey主页
  • 4. 关于结合文中提到的HOPS + MALT90 + HiGAL的巡天数据研究恒星形成的会议报告
  • 5. Herschel银盘巡天和恒星形成研究的会议报告
    • 分享到:

    One Reply to “G0.253 + 0:016:大质量年轻星团的分子云前身”

    Leave a Reply

    Your email address will not be published. Required fields are marked *