Ионизированный углерод как индикатор строения межзвездных облаков
Природная астрономия, том 7, страницы 546–556 (2023 г.) Процитировать эту статью
2254 доступа
1 Цитаты
561 Альтметрика
Подробности о метриках
Молекулярные водородные облака являются ключевым компонентом межзвездной среды, поскольку они являются местом рождения звезд. Они встроены в атомный газ, который пронизывает межзвездное пространство. Однако детали того, как молекулярные облака собираются из атомного газа и взаимодействуют с ним, до сих пор в значительной степени неизвестны. В результате новых наблюдений линии ионизированного углерода [CII] длиной 158 мкм в районе Лебедя в рамках программы FEEDBACK SOFIA (Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии) мы представляем убедительные доказательства того, что [CII] раскрывает динамические взаимодействия между ансамблями облаков. Этот процесс не является ни лобовым столкновением полностью молекулярных облаков, ни плавным слиянием только атомных облаков. Более того, мы демонстрируем, что плотные молекулярные облака, связанные с областями звездообразования DR21 и W75N, а также облако с более высокой скоростью встроены в атомный газ, и все компоненты взаимодействуют в широком диапазоне скоростей (примерно 20 км с-1). Атомный газ имеет плотность около 100 см-3 и температуру около 100 К. Мы пришли к выводу, что линия [CII] 158 мкм является отличным индикатором для наблюдения за процессами, связанными с взаимодействием облаков, и ожидаем дальнейшего обнаружения этого явления в другие регионы.
Молекулярные облака являются важнейшим компонентом межзвездной среды (МЗС) галактик, поскольку они являются местами рождения звезд и планетных систем. Однако процессы, посредством которых эти облака собираются из большого резервуара атомарного водорода (HI) в галактиках, до сих пор недостаточно изучены. Некоторые модели основаны на тонком равновесии между гравитацией, турбулентностью и магнитными полями, например, см. 1. Внешнее увеличение давления или турбулентности из-за звездной обратной связи или волн плотности спиральных рукавов затем случайным образом запускает квазистатическое, медленное нарастание плотности, что приводит к образованию карманов газа молекулярного водорода (H2). Другие модели, например, реф. 2, предполагают, что образование облаков является более динамичным и обусловлено крупномасштабными движениями в галактике, но все же тесно связано с локальным переходом от теплого (T ≅ 5000 К), разреженного, в основном атомарного газа, к плотному, более холодному (T ≲ 100 К), частично молекулярный газ. В этой простой двухфазной модели ISM только теплая и холодная нейтральная среда (WNM и CNM соответственно) термически стабильны. Газ при промежуточных температурах не находится в равновесии и, в зависимости от его плотности, либо охладится и станет более плотным и полностью молекулярным, либо нагреется, чтобы присоединиться к WNM. Кроме того, эффекты звездной обратной связи, такие как радиация, ветры и взрывы сверхновых, создают турбулентность и усложняют картину. Таким образом, сложно найти правильные наблюдательные индикаторы как для динамического взаимодействия между газовыми потоками, так и для тепловых и химических переходов между WNM и CNM.
В моделировании сценарии динамического образования облаков идеализируются сходящимися потоками с низкой скоростью (≲10 км/с), например, ссылки. 3,4,5,6, которые преобразуют диффузный газ HI в плотный газ H2. Недавнее исследование7 показало, что только потоки с плотностью водорода примерно 100 см–3, сталкивающиеся со скоростями ≃ 20 км/с, способны образовывать массивные структуры, в которых могут образовываться звездные протоскопления. В моделях с еще более высокой плотностью газовые потоки уже являются молекулярными еще до столкновения, и тогда их называют столкновениями облаков8,9,10. Наблюдения со скоростями ≳20 км-1 представлены в работах. 11,12. Однако эти разные сценарии приводят к противоположным предсказаниям наблюдений. Модели встречных потоков HI6 предвидят множество компонентов скорости в линиях ионизированного углерода ([CII]) и гораздо меньше во вращательных переходах монооксида углерода (CO). Эмиссия [CII] возникает в атомном газе и в результате нетеплового вклада нескольких поверхностей молекулярных сгустков с разными скоростями вдоль луча зрения, тогда как CO возникает только из молекулярного компонента. Моделирование столкновений облаков с облаками8 дает два основных компонента скорости молекул, видимых в CO, с мостом излучения в пространстве скоростей между двумя компонентами. Излучение [CII] происходит в основном из оболочки молекулярного облака и окружающего окружающего газа ISM, который не участвует в столкновении9.