M33の巨大HII領域 NGC604における、GMCごとの物理状態の違い

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1 M33の巨大HII領域 NGC604における、GMCごとの物理状態の違い
村岡和幸（大阪府立大学）、久野成夫、小野寺幸子、中西康一郎、金子紘之（国立天文台）、濤崎智佳（上越教育大学）、三浦理絵（東京大学）、小麦真也（NAOJ/ALMA） Abstract 昨年度のNROUMにおいて、最近傍の渦巻銀河M33の巨大HII領域NGC604に対する野辺山45m鏡を用いた13CO(1-0)輝線のOTFマッピングを報告した。今回、NGC604内部の各GMCに対して進めた、詳細な解析の結果を報告する。 NGC604は、3つの巨大分子雲（Giant Molecular Clouds; GMCs）に分けられ、特に中央のGMC-Bはその内部に星団形成領域を含んでいる。このGMCに対し、我々は13CO(1-0)/12CO(1-0)比（R13/12）と、12CO(3-2)/12CO(1-0)比（R31）という2つの輝線強度比を求めたGMC全体で平均した強度比としてR13/12 = 0.11、R31 = 0.67を、またGMC内部の星団形成領域付近（GMCでの12CO(1-0)ピーク位置）での局所的な強度比としてR13/12 = 0.09、R31 = 0.76を得た。更に、我々はLarge Velocity Gradient近似の下で、このGMCにおける分子ガスの密度と温度を導出した。GMC全体の平均では、n(H2) ~ 2.5×103cm-3、TK ~ 25 Kを得た。一方、星団形成領域付近での局所的な値は、n(H2) ~ 2.8×103cm-3、TK ~ 33 Kと、ガス密度は同程度であったが、温度ではGMC平均よりも有意に高かった。即ち、高密度ガスはGMC全体で形成されているのに対し、高温領域はGMC内部の一部領域に限られていることを示唆する。これは、GMCの加熱源が星団形成領域の若いOB星からのUV放射しかなく、またそれがGMC全体にまでは行き渡っていないためと考えられる。この結果は、第一世代の星団形成領域からの星風や超新星爆発が周囲のガスを圧縮し、第二・　 　 第三世代の星形成を誘発する（即ち、高温領域よりも高密度ガス形成領域の方が空間的な広がりが大きくなる）という理論と矛盾しない。 Introduction Observation ■CO輝線観測に関する先行研究 NRO45m鏡による12CO(1-0)、ASTE10mによる12CO(3-2)のOTFマップが既に得られている。 12CO(3-2)/12CO(1-0)比の高い領域がHα等のarc状の分布とよく似ていて、これは（第一世代の）中心星団からの星風や超新星爆発による圧縮によって、arc状領域での高密度ガス形成と星形成が進んでいることを示唆する。 8.4 GHz ■NRO Legacy Project – M33　　 ■観測諸元 × NRO45m鏡のBEARS＋OTFスキャンを駆使し、最近傍の渦巻銀河M33（D = 840kpc）の30’×30’（7.3×7.3 kpc）を、12CO(1-0)輝線でマッピングするプロジェクト。到達目標感度は5×103太陽質量で、最終的にはM33の巨大分子雲の大部分を同定し、カタログ化する。 ・望遠鏡：NRO 45-m ・受信機：T100H/V（両偏波） ・マップ：2’×2’ (480×480 pc) ・観測方式：OTF ・Tsys： ~200K NGC604の8.4GHz連続波と、13CO(1-0)観測領域（白四角）。×印は第一世代の中心星団（central star cluster）を表す。 ■本研究の目的 13CO(1-0)のデータを加えて計3つの輝線を揃え、LVG近似の下でガス密度と温度の縮退を解く。NGC604における星間物質と星形成の進化をより詳しく明らかにするとともに、3輝線LVGによるガス密度と温度の導出を系外銀河一般に適用していくための手がかりとする。 ■M33最大のHII領域：NGC604 ■データリダクション Local groupでは、30 Dorと並ぶ活発な星形成領域として知られている。Hαや8.4GHz電波連続波でトレースされる星形成領域が、中心の星団を取り囲むようにarc状に分布している。 ・NOSTARによるSplit, Base, Make map, Basket-weave ・マップ作成時のgrid 7”.5、実効的な空間分解能 20”、 ・1σ r.m.s ~ 28mK（速度分解能 5km/s） ~ 16mK（20” --> 25”にconvolution後） Results 13CO(1-0)の強度を、既に取得されている12CO(1-0)、12CO(3-2)の強度、およびHαのイメージと比較した。 Discussion R13/12とR31の2つの輝線強度比から、LVG近似のもとで各GMCの分子ガスの物理状態（密度・温度）を導出し、誘発的星形成との関連を探る。 ■マップによる、各emissionの比較　　 ■LVG近似による、各GMCの分子ガスの物理状態導出　　 ・12CO(1-0)データ (Miura et al. 2010) より、この領域に 　3つのGMCを同定。北からGMC-A, B, Cと名付けた。 ・13CO(1-0)輝線は、いずれのGMCからも検出した。 ・但し、Hαの放射はGMC-Bの北側でしか見られない。 ・LVG計算を実行するにあたって、以下のinput parameterを仮定した。 　 Z(12CO) = [12CO]/[H2] = 1×10-5、 [13CO]/[12CO] = 0.02、 dv/dr = 1 km/s ・右図に示すように、密度－温度図上で等R31線と等R13/12線が交わる点を、 そのGMC全体（もしくはピーク）における密度n(H2)・温度TKとした。 GMC-A全体での平均値として、 n(H2) ~ 7.9×102 cm-3、 TK ~22 K GMC-B全体での平均値として、n(H2) ~ 2.5×103 cm-3、 TK =25±2 K GMC-Bの12CO(1-0)ピーク位置で、n(H2) ~ 2.8×103 cm-3、 TK ~33 K ・GMC-Aは温度30K以下、密度103cm-3以下なので低温低密度のガス ・GMC-Bは全体の平均でも12CO(1-0)ピーク位置でも、 2×103cm-3を 超える密度を示している。そのため、高密度ガスはGMC-Bの全体で 　くまなく形成されていることを示唆する。一方、温度はGMC-B全体で 　は25Kと低いが、12CO(1-0)ピークでは33Kと高い。即ちGMC-Bの中 　では、場所によって分子ガスの温度が異なっていることを示唆する。 ■輝線強度比の導出 ・GMC-A、Bの2つについて、13CO(1-0)/12CO(1-0)比 　（R13/12）と12CO(3-2)/12CO(1-0)比 （R31）を計算した。 ・GMC-Aでは、このGMC全体における平均値として 　　R13/12=0.06±0.01、R31=0.31±0.04　を、 　GMC-Bでは、このGMC全体における平均値として、 　　R13/12=0.11±0.01、R31=0.67±0.02　を、 　更に、GMC-Bの12CO(1-0)ピークでの局所値として、 　　R13/12=0.09±0.02、R31=0.76±0.06　を得た。 GMC-A、Bに対するLVG計算の結果。温度（横軸）、密度（縦軸）に対するR31の、 依存性を赤線で、 R13/12の依存性を黒線で示した。 ■分子ガスの物理状態と誘発的星形成シナリオの関連　　 ・Tosaki et al. (2007)によると、NGC 604の第一世代の星団形成領域は 　GMC-Bの北端にある。そこからの星風や超新星爆発が周囲の星間 　ガスを圧縮し、南側に第二世代以降の星団形成を誘発している。 ・第二世代の星団は既に形成され、Hα輝線も十分に放射されている。 　しかし第三世代（GMC-Bの南側）では高密度ガスが形成されてるい 　段階で、まだ星団は生まれていない。そのため高密度ガスはGMC-B 　の全体にわたって　存在しているのに対し、星間ガスの加熱源となる 　大質量星はGMCの北側にしか存在していない（右図参照）。 ・これはLVG計算による分子ガスの密度・温度の推定と良く合う。即ち 　ガス密度はGMC-B全体で2×103cm-3を超えているが、ガスの温度は 　GMCの北側でのみ上昇している。 　加熱源が大質量星からのUV放射 　に限られているからであろう。 References: Miura et al. (2010), ApJ, 724, 1120 Tosaki et al. (2007), ApJL, 664, L27 GMC-AおよびBについて、輝線強度比と、LVG計算により導出した分子ガスの物理状態をまとめたもの。GMC-Bでは、R31 ~ 0.1、R13/12 ~ 0.7程度の似たような輝線比を見せているが、導出される温度には有意な違いがある。 GMC label GMC-A GMC-B averaged 12CO peak line ratio R13/12 0.06±0.01 0.11±0.01 0.09±0.02 R31 0.31±0.04 0.67±0.02 0.76±0.06 physical state n(H2) [cm-3] ~ 7.9×102 ~2.5×103 ~2.8×103 TK [K] ~ 22 25±2 ~ 33 13CO(1-0)積分強度（カラー）に、高密度ガス形成領域（黒の破線、R31>0.7に対応）と星形成領域（黒の実線、LHα >10-12 erg s-1 cm-2）の分布を重ねたもの。高密度ガス形成はGMC-B全体で進んでいるが、星形成はGMC -Bの北側に限られている。 NGC604の3つのGMC A、B、Cにおける、12CO(1-0)、 12CO(3-2)、 および13CO(1-0)輝線それぞれの積分強度と、Hα光度の比較。3つの分子輝線はいずれも各GMCで検出されているが、一方でHα（大質量星形成領域）はGMC-Bの北側にしか存在しない。