АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2015, том 92, № 5, с. 400-405
УДК 524.527.7
ОБЛАСТЬ ИНДУЦИРОВАННОГО ЗВЕЗДООБРАЗОВАНИЯ W40:
НАБЛЮДЕНИЯ И МОДЕЛЬ
© 2015 г. Л. Е. Пирогов*
Институт прикладной физики Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия Поступила в редакцию 10.10.2014 г.; принята в печать 21.11.2014 г.
Модель индуцированного звездообразования "collect and collapse" ("накопление и коллапс") использована для оценки физических параметров кольцевой структуры из последовательно расположенных маломассивных сгустков в области W40. Показано, что параметры модели близки к наблюдаемым, если принять, что плотность облака, в котором происходит расширение зоны HII, достаточно высока (>105 см-3), а светимость движущего источника превышает полученные ранее оценки. Обсуждаются возможные причины разброса параметров сгустков, полученных из наблюдений.
DOI: 10.7868/S0004629915050072
1. ВВЕДЕНИЕ
Ранние стадии процесса звездообразования далеки от всестороннего изучения, несмотря на все возрастающий объем наблюдательных данных. В особенности это относится к областям образования массивных звезд, которые являются более редкими, более далекими и эволюционируют значительно быстрее, чем области образования звезд малой массы, проводя значительный период своей эволюции внутри родительского облака (см., например, [1]). По мере своей эволюции массивные звезды воздействуют на окружающее облако посредством звездного ветра, массивных истечений, сильного УФ-излучения и расширения зон HII. Эти факторы изменяют физические условия и химический состав облака, а расширяющиеся зоны HII "выметают" газ на периферию, вызывают его сжатие и могут индуцировать формирование нового поколения звезд.
Область W40 (Sharpless 64) [2, 3] содержит большую пузыреобразную зону HII, которая находится на краю обширного молекулярного облака (TGU 279-P7 [4]) в комплексе Aquila Rift. Согласно последним оценкам расстояние до центральных источников зоны HII составляет ^500 пк [5], что ставит область W40 в ряд наиболее близких областей образования массивных звезд. Разница между скоростями линий CO и рекомбинационных линий водорода указывает на то, что зона HII расположена на переднем краю облака, ближе к наблюдателю [6]. В западном направлении зона HII
E-mail: pirogov@appl.sci-nnov.ru
распространяется внутрь молекулярного облака, и молекулярный газ в этом направлении наблюдается на двух различных скоростях, по-видимому, соответствующих газу, находящемуся за и перед зоной HII [7]. Область W40 исследовалась в различных диапазонах длин волн от радио- до рентгеновского диапазонов (см. обзор [8], а также [5, 9-13]).
Наблюдения излучения пыли в континууме [11, 12] показали, что к западу от зоны HII пыль концентрируется в сгустки, образующие кольцо. Морфология распределения ионизованного газа [12, 13] показывает, что вблизи основной зоны в области W40 существует еще одна компактная зона HII, расширение которой могло привести к образованию кольцевой структуры за счет механизма "collect and collapse" ("накопление и коллапс"). Данная модель была предложена в работе [14] для описания процесса индуцированного образования массивных звезд. Хотя существует немало примеров, где этот механизм может иметь место (см., например, [15-19]), количественные сравнения между данными наблюдений и моделью пока что редки, что может быть связано с тем, что модель является достаточно упрощенной в применении к реальным объектам, обладающим неоднородной структурой плотности. В области W40, расположенной к нам существенно ближе, чем большинство зон HII, в окрестности которых может иметь место механизм "collect and collapse", наблюдаемая кольцевая структура значительно компактнее и отчетливее, находясь достаточно близко к вероятному источнику зоны HII. Для ответа на вопрос, может ли
модель "collect and collapse" предсказать параметры структуры, обнаруженной в W40, в настоящей работе проведено количественное сравнение физических параметров, полученных из наблюдений, с предсказаниями данной модели.
2. КОЛЬЦО ИЗ ПЫЛЕВЫХ СГУСТКОВ
Карта излучения пыли в континууме в W40 на длине волны 1.2 мм из работы [12] приведена на рисунке. Пыль концентрируется в цепочку сгустков, образующих кольцо. Западная ветвь кольца по данным [11] имеет продолжение в северовосточном направлении, что делает кольцевую структуру еще более явной. Некоторые сгустки связаны с источниками Class 0 и Class I [11], указывая на начавшийся в кольце процесс образования новых звезд малой массы. На рисунке показаны источники ближнего ИК-диапазона [5], а также компактные радиоисточники VLA на длине волны 3.6 см [9] (левая карта).
Большинство радио- и ИК-источников группируется вблизи движущего источника основной зоны HII (IRS 1A South), расположенного к востоку от кольца и представляющего собой массивную звезду спектрального класса O9.5 [5, 13]. На рисунке также выделен ИК-источник IRS 5, представляющий собой звезду спектрального класса B1 [5, 13], которая, по-видимому, является движущим источником соседней компактной зоны HII [12, 13]. Поскольку IRS 5 расположен внутри области, ограниченной кольцом, хотя и смещен относительно его геометрического центра, вероятно, что кольцо образовано в результате расширения компактной зоны вокруг данного источника. По-видимому, кольцо расположено под углом в картинной плоскости, при этом его юго-восточная часть находится ближе к наблюдателю [12].
Кольцевая структура из последовательности фрагментов (сгустков) указывает на возможный механизм индуцированного звездообразования "collect and collapse" [14]. Данный механизм был рассмотрен аналитически в работе [21], и результаты этой работы подтверждены модельными расчетами [22]. В соответствии с механизмом "collect and collapse" при расширении зоны HII в молекулярном облаке между фронтом ударной волны и ионизационным фронтом образуется слой повышенной плотности, из-за неустойчивости распадающийся на равномерно расположенные сгустки, которые могут являться местами образования звезд следующего поколения. Подобные кольцевые структуры, обычно состоящие из массивных фрагментов (M ~ 10 — 100 Mq ), наблюдаются на периферии некоторых зон HII (см., например, [15, 16, 18]). В случае W40, однако, массы формирующих кольцо сгустков (0.4—8 Mq [12]) существенно меньше, чем обычно наблюдаются в таких структурах.
3. АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
В работе [21] была рассмотрена эволюция слоя, образованного при расширении зоны HII в среде, состоящей из нейтрального газа с постоянной плотностью. В результате были получены аналитические выражения для момента начала фрагментации в слое (tfrag), радиуса слоя (Rfrag) и лучевой концентрации газа в слое на момент начала фрагментации (Nfrag), средней массы фрагментов (Mfrag) и начального расстояния между ними (2rfrag). Полученные выражения зависят от скорости звука в среде (а) и плотности атомарного газа (n), а также от светимости центрального источника ионизирующего излучения (L).
Ниже приведены выражения из работы [21], где ао.2 = а/0.2 км/с, L49 = L/1049 фот./с, n3 = = n/103 см"3:
tfrag — 1.6 х 106 лет х а^11 L"111 n"5/11, (1)
Rfrag — 5.8 пк х а^1 L% 11 n"6/11, (2)
Nfrag — 6 х 1021 см "2 х а0/211 L1/11 и3/П, (3)
Mfrag — 23M© х а002/11 L"^11 n"5/11, (4)
2rfrag — 0.8 пк х аО^11 L"g1/11 n"5/11. (5)
Отметим, что для случая, когда газ находится в молекулярной форме, значение плотности атомарного газа есть удвоенное значение плотности молекулярного газа [22]. Для приближенных оценок, сделанных на основании уравнений (1)—(5), этим фактором мы пренебрегли.
Из приведенных выше уравнений видно, что при расширении зоны HII, которая образована звездой, излучающей 1049 фот./с (массивная звезда главной последовательности спектрального класса О6 [23]) в холодном облаке с умеренной плотностью (Tk;n — — 10 — 15 K, n — 103 см "3) через —1.6 х 106 лет на расстоянии -6 пк образуется слой, состоящий из фрагментов с массами -25—40 Mq, а начальное расстояние между их центрами составляет —1 пк. Такие фрагменты могут являться областями образования нового поколения звезд, включая массивные. Если расширение зоны HII происходит в среде с более высокой плотностью, то слой повышенной плотности будет образовываться за более короткий промежуток времени и на более близком расстоянии к звезде. Такой слой будет распадаться на фрагменты меньших размеров и масс.
Светимость IRS 5 — вероятного источника, сформировавшего кольцевую структуру в W40, — составляет —2.4 х 1045 фот./с, что соответствует звезде класса B1V [13]. В работе [5] источник
Да, сек. дуги Да, сек. дуги
Карты излучения пыли, ионизованного и молекулярного газа в области W40 по данным работы [12]. Координаты центральной позиции (пик излучения 13CO [20]): R.A.(J2000) = 18h31m15.75s, Dec.(J2000) = -02°06'49.3". Кольцо из пылевых сгустков показано в оттенках серого цвета. Отдельные пылевые сгустки обозначены цифрами (левая карта). Пространственное распределение излучения ионизованного газа показано в виде контуров на левой карте. Распределение излучения в молекулярных линиях HCN(1-0) (штриховые контуры), NH3(1,1) (темные контуры) и CS(5-4) (светлые контуры) приведены на правой карте. Квадратиками обозначены источники ближнего ИК-диапазона [5]. Большими кружками на левой карте обозначены компактные радиоисточники VLA [9]. Источники Class 0 и Class I [11] обозначены маленькими кружками и треугольниками, соответственно (левая карта). На картах звездочками отмечены движущий источник основной HII-зоны IRS 1A South и источник отдельно расположенной HII-зоны IRS 5 [5].
IRS 5 классифицирован как звезда класса B1. Данное значение светимости, однако, может быть занижено в несколько раз, как и оценка светимости основной зоны HII (см. обсуждение в работе [13]). При расчетах нами использовались два значения светимости, одно из которых близко к оценке из работы [13], а второе — на порядок выше. В следующем разделе приводятся результаты сравнения результатов модельных расчетов с наблюдаемыми параметрами.
4. СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЬНЫХ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.