Molecular cloud formation studied by atomic carbon survey

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H01945
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 立原 研悟 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (70432565)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南谷 哲宏 国立天文台, チリ観測所, 准教授 (20451437)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 星間物質

Outline of Annual Research Achievements

2020年からパンデミックの影響でチリ現地に渡航ができず、望遠鏡の運用が停止していたが、2023年度に作業を再開、3度の渡航で再起動に向けた作業を行なった。まず、望遠鏡とドーム・発電機など基本的なインフラのダメージを確認した。望遠鏡ドームの外壁に、強風で穴が空いていたこと、そこから入り込んだ砂による鏡面の汚れが確認できたが、それ以上に大きな問題はなく、電源を投入し望遠鏡を駆動することができた。ギヤやモータ、発電機用ディーゼルエンジンなどのメンテナンスを行なった。また上記のドーム外壁は修理し、鏡面の汚れも除去した。
また受信機の冷却試験を行い、性能の評価を行った。以前より雑音温度が高いことがわかっていたものと今回の測定で問題が見つかった部分について、冷却アンプと超伝導素子の交換を行い、電波スペクトルを取得することができた。受信機の最適化にはさらに調整が必要ではあるが、科学観測まで実行できる目処が立ち、望遠鏡の再起動に向けて準備を進めた。
前年度から進めていた、新しい望遠鏡制御ソフトウェアの開発については、おおむね開発を終えた。野辺山観測所にある1.85m望遠鏡に搭載し、駆動試験を実施、最終のデバッグ作業を進めている。これにより、望遠鏡の高速スキャンが可能となり、観測効率を飛躍的に向上させることができる。
ASTE望遠鏡を用いた観測では、中性炭素CI 2-1輝線のデータを取得できた。ただし望遠鏡の副鏡にトラブルが発生し、観測は当初予定していた範囲の一部に限られた。また、ALMA望遠鏡によるCorona Australis分子雲の観測では、高密度領域の高空間分解能観測データを解析し、1000 AUスケールの微細なフィラメント構造を多数検出した。また周囲の水素原子ガスの膨張シェル構造との関連を調べ、原子ガスの降着による星団形成を考察、結果をApJ誌に投稿した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまで、世界的なパンデミックの影響、その後のアタカマサイトでの盗難事件などにより、現在までの進捗には遅れが出ていた。またASTE望遠鏡には、副鏡駆動に断続的に問題が発生して、予定した観測も延期されていた。国立天文台はこの問題の解決に向け対処し、部分的には運用されたが、観測時間は限られていた。また別のプロジェクトのための受信機の搭載などもあり、我々が予定していたヘテロダイン受信機を用いた観測は、十分にはできなかった。
そのため、中性炭素の観測データは当初予定していた範囲をカバーできていないが、すでにオリオン分子雲で得られた複数輝線のデータから、原子ガスの温度と柱密度の分布が示せた。ほぼ同じ場所に存在する原子ガスと分子ガスで、温度が違うことを示しており、異なる相のガスが小さなスケールで混在していることが明らかになった。特に星からのフィードバックと周囲のガスの加熱・冷却機構について、モデルとの比較が重要であることがわかった。紫外線加熱と衝撃波加熱、放射冷却を考慮し、環境の異なる領域、例えば高銀緯分子雲で来年度同様の観測を行うことで、星間ガスの物理状態を決めるメカニズムを調べる予定である。

Strategy for Future Research Activity

2024年度には、望遠鏡制御ソフトウェアのデバッグを完了する。すでに1.85m望遠鏡を使っての試験は進み、問題点の特定はできている。またNANTEN2望遠鏡に固有のデバイスについてもドライバソフトウェアは完成しており、搭載の準備は進んでいる。そこで8月ごろをめどにチリサイトに渡航し、新ソフトウェアシステムの搭載を進める。また新たに見つかった性能の良くない超伝導素子の交換と受信機全体の調整を行い、試験観測を行う。キャリブレーションに必要なデータの取得など、コミッショニングを行ったのち、科学観測を開始し、データを取得する。
観測対象としているペガスス座領域には、すでに先行研究のデータがあるのでそれをガイドマップとし、効率的に観測を実行することで、1月程度でCOデータ取得を完了できる。また同領域に対して、ASTE望遠鏡によるサブミリ波帯CI 1-0, 2-1輝線観測も行い、原子・分子ガスそれぞれの温度・密度を導出、オリオン座領域での結果と比較し、中性炭素から分子ガスへの相転移が起きる物理条件を明らかにするとともに、論文化を進める。

Research Products

• [Journal Article] Ring Gap Structure around Class I Protostar WL 17 (2024)
  • Author(s): Shoshi Ayumu、Harada Naoto、Tokuda Kazuki、Kawasaki Yoshihiro、Yamasaki Hayao、Sato Asako、Omura Mitsuki、Yamaguchi Masayuki、Tachihara Kengo、Machida Masahiro N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 961 Pages: 228～228
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad12b5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Gamma-Ray Origin of RX J0852.0-4622 Quantifying the Hadronic and Leptonic Components: Further Evidence for the Cosmic-Ray Acceleration in Young Shell-type SNRs (2024)
  • Author(s): Fukui Yasuo、Aruga Maki、Sano Hidetoshi、Hayakawa Takahiro、Inoue Tsuyoshi、Rowell Gavin、Einecke Sabrina、Tachihara Kengo
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 961 Pages: 162～162
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0da3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Secondary Outflow Driven by the Protostar Ser-emb 15 in Serpens (2023)
  • Author(s): Sato Asako、Tokuda Kazuki、Machida Masahiro N.、Tachihara Kengo、Harada Naoto、Yamasaki Hayao、Hirano Shingo、Onishi Toshikazu、Matsushita Yuko
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 958 Pages: 102～102
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ad0132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ALMA Observations of Supernova Remnant N49 in the Large Magellanic Cloud. II. Non-LTE Analysis of Shock-heated Molecular Clouds (2023)
  • Author(s): Sano H.、Yamane Y.、Tachihara K. et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 958 Pages: 53～53
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acffbe
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An ALMA-resolved View of 7000 au Protostellar Gas Ring around the Class I Source CrA-IRS 2 as a Possible Sign of Magnetic Flux Advection (2023)
  • Author(s): Tokuda Kazuki、Fukaya Naofumi、Tachihara Kengo、Omura Mitsuki、Harada Naoto、Nozaki Shingo、Shoshi Ayumu、Machida Masahiro N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 956 Pages: L16～L16
  • DOI: 10.3847/2041-8213/acfca9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ACA CO(J = 2?1) Mapping of the Nearest Spiral Galaxy M33. I. Initial Results and Identification of Molecular Clouds (2023)
  • Author(s): Muraoka Kazuyuki、Konishi Ayu、Tachihara Kengo et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 953 Pages: 164～164
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ace4bd
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Properties of Star Formation of the Large Magellanic Cloud As Probed by Young Stellar Objects (2023)
  • Author(s): Kokusho Takuma、Torii Hiroki、Kaneda Hidehiro、Fukui Yasuo、Tachihara Kengo
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 953 Pages: 104～104
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ace10e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Unbiased CO Survey Toward the Northern Region of the Small Magellanic Cloud with the Atacama Compact Array. II. CO Cloud Catalog (2023)
  • Author(s): Ohno Takahiro、Tokuda Kazuki、Konishi Ayu、Matsumoto Takeru、Sewi?o Marta、Kondo Hiroshi、Sano Hidetoshi、Tsuge Kisetsu、Zahorecz Sarolta、Goto Nao、Neelamkodan Naslim、Wong Tony、Fukushima Hajime、Takekoshi Tatsuya、Muraoka Kazuyuki、Kawamura Akiko、Tachihara Kengo、Fukui Yasuo、Onishi Toshikazu
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 949 Pages: 63～63
  • DOI: 10.3847/1538-4357/accadb
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ammonia mapping observations of the Galactic infrared bubble N49: Three NH3 clumps along the molecular filament (2023)
  • Author(s): Kohno Mikito、Chibueze James O、Burns Ross A、Omodaka Toshihiro、Handa Toshihiro、Murase Takeru、Yamada Rin I、Nagayama Takumi、Nakano Makoto、Sunada Kazuyoshi、Tachihara Kengo、Fukui Yasuo
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 75 Pages: 397～415
  • DOI: 10.1093/pasj/psad007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular clouds at the eastern edge of radio nebula W?50 (2023)
  • Author(s): Sakemi Haruka、Machida Mami、Yamamoto Hiroaki、Tachihara Kengo
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 75 Pages: 338～350
  • DOI: 10.1093/pasj/psad001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Massive star formation scenario in the LMC probed by the ALMA ACA Molecular Cloud Survey (2023)
  • Author(s): Tsuge, K., Fukui, Y., Higashino, K., Tokuda, K., Onishi, T., Sano, H., Konishi, A., Tachihara, K., Yamada, R., Muraoka, K., Wong, T., Sewilo, M., Chen, R., Madden, S., Kawamura, A., Lebouteiller, V., Meixner, M., Minamidani, T., Mizuno, N., Nayak, O., Nishimura, A., Saigo, K., & Zahorecz, S.
  • Organizer: ALMA at 10 years: Past, Present, and Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Network of filamentary structures and cluster formation in Corona Australis revealed with ALMA (2023)
  • Author(s): Tachihara, K.
  • Organizer: ALMA at 10 years: Past, Present, and Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Giant molecular clouds and their Type classification in M74 (2023)
  • Author(s): Demachi, F., Fukui, Y., Tachihara, K., Yamada, R., Tokuda, K., Fujita, S., Kobayashi, M., Muraoka, K., Konishi, A., Tsuge, K., Onishi, T., & Kawamura, A.
  • Organizer: ALMA at 10 years: Past, Present, and Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The evolution of Giant Molecular Clouds in the nearest spiral galaxy M33 as seen by ALMA (2023)
  • Author(s): Ayu Konishi, Kazuyuki Muraoka, Kazuki Tokuda, Shinji Fujita, Rin I Yamada, Fumika Demachi, Kengo Tachihara, Yasuo Fukui, Kisetsu Tsuge, Masato I.N Kobayashi, Rie E Miura, Akiko Kawamura, Toshikazu Onishi, Hiroshi Kondo, Atsushi Nishimura, Tomoka Tosaki, Sarolta Zahorecz, Sachiko Onodera , Nario Kuno et al.
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 1000 au-scale filamentary structures and cluster formation in Corona Australis revealed with ALMA (2023)
  • Author(s): Naofumi Fukaya, Kengo Tachihara, Kazuki Tokuda, Kakeru Nishioka, Yasumasa Yamasaki, Naoto Harada, Hayao Yamasaki, Masahiro Machida, Misato Fukagawa, Yumiko Oasa, Koudai Kanai, Kazuya Saigo, Toshikazu Onishi, Doris Arzoumanian, Daisei Abe, Shu-ichiro Inutsuka, Tsuyoshi Inoue, Yasuo Fukui
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nobeyama 45 m Local Spur CO survey: Giant molecular filaments and cluster formation in the Vulpecula OB association (2023)
  • Author(s): Mikito Kohno, Atsushi Nishimura, Shinji Fujita, Kengo Tachihara, Toshikazu Onishi, Kazuki Tokuda, Yasuo Fukui, Yusuke Miyamoto, Shota Ueda, Ryosuke Kiridoshi, Daichi Tsutsumi, Kazufumi Torii, Tetsuhiro Minamidani, Kazuya Saigo, Toshihiro Handa, Hidetoshi Sano
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA resolved views of molecular filaments/clumps in the Large Magellanic Cloud: A possible gas flow penetrating one of the most massive protocluster systems in the Local Group (2023)
  • Author(s): Kazuki Tokuda, Yasuo Fukui, Toshikazu Onishi, Tsuyoshi Inoue, Kisetsu Tsuge, Sarolta Zahorecz, Hidetoshi Sano, Ayu Konishi, Rosie C.-H. Chen, Marta Sewi?o, Suzanne C. Madden, Omnarayani Nayak, Kazuya Saigo, Atsushi Nishimura, Kei E. I. Tanaka, Tsuyoshi Sawada, Remy Indebetouw, Kengo Tachihara, Akiko Kawamura et al.
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Massive star formation scenario in the LMC probed by the ALMA ACA Molecular Cloud Survey (2023)
  • Author(s): Kisetsu Tsuge, Yasuo Fukui, Kosuke Higashino, Kazuki Tokuda, Toshikazu Onishi, Hidetoshi Sano, Ayu Konishi, Kengo Tachihara, Rin Yamada, Kazuyuki Muraoka, Tony Wong, Marta Sewilo, Rosie Chen, Suzanne Madden, Remy Indebetouw, Tsuyoshi Inoue, Akiko Kawamura, Vianney Lebouteiller, Margaret Meixner et al.
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Wide-field, high-resolution observations of the low-metallicity Small Magellanic Cloud with ALMA (2023)
  • Author(s): Toshikazu Onishi, Kazuki Tokuda, Takahiro Ohno, Ayu Konishi, Takeru Matsumoto, Yuri Kunitoshi, Hidetoshi Sano, Kisetsu Tsuge, Sarolta Zahorecz, Naslim Neelamkodan, Tony Wong, Marta Sewi?o, Kazuyuki Muraoka, Akiko Kawamura, Kengo Tachihara, Yasuo Fukui, Margaret Meixner, Remy Indebetouw, Alberto Bolatto
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA CO STUDIES OF A GMC IN M33: EVIDENCE FOR HIGH-MASS CLUSTER FORMATION TRIGGERED BY CLOUD-CLOUD COLLISIONS (2023)
  • Author(s): Hidetoshi Sano, Kisetsu Tsuge, Kazuki Tokuda, Kazuyuki Muraoka, Kengo Tachihara, Yumiko Yamane, Mikito Kohno, Shinji Fujita, Rei Enokiya, Gavin Rowell, Nigel Maxted, Miroslav D. Filipovic, Jonathan Knies, Manami Sasaki, Toshikazu Onishi, Paul P. Plucinsky, Yasuo Fukui
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Uncovering the Outflow-Disk Relation of Class 0/I Protostars in the Serpens/Aquila Complex with ALMA (2023)
  • Author(s): Naoto Harada, Kazuki Tokuda, Hayao Yamasaki, Asako Sato, Mitsuki Omura, Ayumu Shoshi, Masahiro N. Machida, Shingo Hirano, Kengo Tachihara, Toshikazu Onishi
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-resolution study of dense cores in Taurus (2023)
  • Author(s): Kengo Tachihara, Kazuki Tokuda, Yasuo Fukui, Sarolta Zahorecz, Kazuya Saigo, Tomoaki Matsumoto, Kengo Tomida, Masahiro N Machida, Shu-ichiro Inutsuka, Philippe Andre, Akiko Kawamura, Toshikazu Onishi
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evidence for a cloud?cloud collision in Sh2-233 triggering the formation of the high-mass protostar object IRAS 05358+3543 (2023)
  • Author(s): Rin I. Yamada, Yasuo Fukui, Hidetoshi Sano, Kengo Tachihara, John H. Bieging, Rei Enokiya, Atsushi Nishimura, Shinji Fujita, Mikito Kohno, Kisetsu Tsuge
  • Organizer: Protostars and Planets VII
  • Int'l Joint Research