Pursuit of molecular filaments associated with supernova remnants

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: A Paradigm Shift by a New Integrated Theory of Star Formation: Exploring the Expanding Frontier of Habitable Planetary Systems in Our Galaxy
• Project/Area Number: 19H05075
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 佐野 栄俊 名古屋大学, 高等研究院(理), 特任助教 (50739472)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 分子雲形成 / 超新星残骸 / フィラメント状分子雲 / ALMA / W28 / W44 / FUGIN

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、分子雲の形成機構として注目を集めている「複数の衝撃波層による連鎖的分子雲形成モデル」(Inutsuka et al. 2015, A&A, 580, 49) の観測的検証を最終目的とする。その達成のために、超新星残骸や電離領域の境界面に位置する分子雲を十分な空間分解能で解像し、衝撃波によって進化・形成された分子雲のフィラメント状分布およびその物理量を明らかにして、理論モデルとの比較検討を行う。本年度は、ALMAにより得られたCOデータのリダクション、並びに公開データを用いた研究を行なった。主な研究成果は以下の通りである。
[1] 超新星残骸W28について、JCMTで得られたCO(J=3-2)公開データを解析した。その結果、北東部にて分子雲のフィラメント状分布を確認した。当該領域には、W28と同距離・同年齢にある別の超新星残骸G6.5-0.4が接しているため、２つの異なる向きの衝撃波層が衝突する場所だと分かった。既存データでは、分子雲の典型的なフィラメント幅~0.1 pcを空間分解するのは困難であるため、ALMA第7期観測提案募集にて高分解能観測 (~0.05 pc) を提案し採択された。
[2] 超新星残骸W44について、野辺山45m鏡のFUGINプロジェクトで得られたC18O(J=1-0)公開データを解析した。結果として、W44南東部に接する電離領域G034.758-00.681との境界面にて、フィラメント状分子雲を発見した。同電離領域はW44と同じ距離に位置する。従って当該分子雲は、W44母天体および電離領域G034からの恒星風と、W44超新星爆発衝撃波の、少なくとも３つの衝撃波層による圧縮を受けたとみられる。0.1 pc のフィラメント幅を分解するため、こちらもALMA第7.5期観測提案募集にて高分解能観測を提案し採択された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の骨子は、複数の衝撃波層が存在する領域（超新星残骸や電離領域の境界面）においてフィラメント状分子雲を特定し、その物理量を定量することにある。その点で本年度は、超新星残骸W28とG6.5-0.4、並びに超新星残骸W44と電離領域G034.758-00.681それぞれの境界面にて、フィラメント状分子雲を特定したことは重要な進展である。また、公開データでは完全には空間分解することが困難であった ~0.1 pcの幅を持つフィラメント状分子雲について、ALMAによる高空間分解能観測が両天体共に受理されたことは特筆に値する (どちらも申請者がPI, 観測提案番号: 2019.1.01400.S, 2019.2.00043.S)。W28については、全1915視野の大観測であり、既に複数領域で観測実行済みである。データを確認する限りは、十分な質が担保されており、次年度以降の当該研究推進に際して十分な準備が整っていると考える。また、RX J1713.7-3946についても、ALMA COデータのリダクションが完了し、次年度以降の研究推進状況が整った。以上の点を踏まえて、本研究は概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後はまず、超新星残骸W28およびW28について、ALMAで得られる予定のCOデータのリダクションを進める。コロナウイルス感染症によるパンデミックの影響で、ALMAは2020年3月20日からその観測運用を停止しているため、すでに取得したデータのみで研究を進めることも検討する。その後、本年度にALMA CO データのリダクションが完了したRX J1713.7-3946とともに、DisPerSE アルゴリズムを用いたフィラメント状構造の特定を行う。フィラメント状分子雲が特定できたら物理量の導出を行う。まず、同定された各フィラメント状分子雲の長さと幅を定量する。幅については、フィラメントに対して垂直な動径分布を描き、それをガウス関数でフィットすることで求める。次に、水素分子柱密度を定量する。水素分子柱密度が定量できたら質量を計算する。最後にこれら導出した物理量のヒストグラムを作成し、数値計算結果との比較を行う。これらの研究を通して、複数の衝撃波層が存在する領域での、分子雲形成・進化について新たな知見を獲得する。得られた成果は査読付き論文として発表する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Adelaide/Western Sydney University/University of New South Wales(オーストラリア)
  • Country Name: AUSTRALIA
  • Counterpart Institution: The University of Adelaide/Western Sydney University/University of New South Wales
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] CfA(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: CfA
• [Int'l Joint Research] FAU Erlangen-Nurnberg(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: FAU Erlangen-Nurnberg
• [Journal Article] Discovery of Shocked Molecular Clouds Associated with the Shell-type Supernova Remnant RX J0046.5-7308 in the Small Magellanic Cloud (2019)
  • Author(s): Sano H., Matsumura H., Yamane Y., Maggi P., Fujii K., Tsuge K., Tokuda K., Alsaberi R. Z. E., Filipovic M. D., Maxted N., Rowell G., Uchida H., Tanaka T., Muraoka K., Takekoshi T., Onishi T., Kawamura A., Minamidani T., Mizuno N., Yamamoto H., Tachihara K., Inoue T., Inutsuka S., Voisin F., Tothill N. F. H., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 881 Pages: 85~96
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2ade
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Possible Evidence for Cosmic-Ray Acceleration in the Type Ia SNR RCW 86: Spatial Correlation between TeV Gamma-Rays and Interstellar Atomic Protons (2019)
  • Author(s): Sano H.、Rowell G.、Reynoso E. M.、Jung-Richardt I.、Yamane Y.、Nagaya T.、Yoshiike S.、 Hayashi K.、Torii K.、Maxted N.、Mitsuishi I.、Inoue T.、Inutsuka S.、Yamamoto H.、Tachihara K.、Fukui Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 876 Pages: 37~49
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab108f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of a pulsar-powered bow shock nebula in the Small Magellanic Cloud supernova remnant DEM S5 (2019)
  • Author(s): Alsaberi Rami Z E, Maitra C, Filipovic M D, Bozzetto L M, Haberl F, Maggi P, Sasaki M, Manjolovic P, Velovic V, Kavanagh P, Maxted N I, Urosevic D, Rowell G P, Wong G F, For B-Q, O’Brien A N, Galvin T J, Staveley-Smith L, Norris R P, Jarrett T, Kothes R, Luken K J, Hurley-Walker N, Sano H et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 486 Pages: 2507~2524
  • DOI: 10.1093/mnras/stz971
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Radio emission from interstellar shocks: Young type Ia supernova remnants and the case of N 103B in the Large Magellanic Cloud (2019)
  • Author(s): Alsaberi, R. Z. E.、Barnes, L. A.、Filipovic, M. D.、Maxted, N. I.、Sano, H.、Rowell, G.; Bozzetto, L. M.、Gurovich, S.、Urosevic, D.、Onic, D.、For, B. -Q.、Manojlovic, P.、Wong, G.; Galvin, T. J.、Kavanagh, P.、Ralph, N. O.、Crawford, E. J.、Sasaki, M.、Haberl, F.、Maggi, P. Tothill, N. F. H.、Fukui, Y.
  • Journal Title: Astrophysics and Space Science Volume: 364 Pages: 204~219
  • DOI: 10.1007/s10509-019-3696-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Supernova Remnant Counterpart for HESS J1832-085 (2019)
  • Author(s): Maxted Nigel I.、Filipovic M. D.、Hurley-Walker N.、Bojicic I.、Rowell G. P.、Haberl F.、 Ruiter A. J.、Seitenzahl I. R.、Panther F.、Wong G. F.、Braiding C.、Burton M.、Puhlhofer G.、 Sano H.、Fukui Y.、Sasaki M.、Tian W.、Su H.、Cui X.、Leahy D.、Hancock P. J.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 885 Pages: 129~129
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3e3f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of recombining plasma inside the extended gamma-ray supernova remnant HB9 (2019)
  • Author(s): Sezer A、Ergin T、Yamazaki R、Sano H、Fukui Y
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 489 Pages: 4300~4310
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2461
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The ASKAP EMU Early Science Project: radio continuum survey of the Small Magellanic Cloud (2019)
  • Author(s): Joseph T D, Filipovic M D, Crawford E J, Bojicic I, Alexander E L, Wong G F, Andernach H, Leverenz H, Norris R P, Alsaberi R Z E, Anderson C, Barnes L A, Bozzetto L M, Bufano F, Bunton J D, Cavallaro F, Collier J D, Denes H, Fukui Y, Galvin T, Haberl F, Ingallinera A, Kapinska A D, Koribalski B S, Sano H et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 490 Pages: 1202~1219
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2650
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA CO Observations of Supernova Remnants in the Local Group Galaxies (2020)
  • Author(s): Sano, H.
  • Organizer: Molecular gas observations toward the Local Group and the outer Milky Way
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA CO Observations of a Giant Molecular Cloud in M33: Evidence for High-Mass Star Formation Triggered by Cloud-Cloud Collisions (2020)
  • Author(s): 佐野栄俊
  • Organizer: 大質量星形成ワークショップ2020
• [Presentation] ALMA CO observations toward gamma-ray supernova remnants (2019)
  • Author(s): Sano, H.
  • Organizer: Cherenkov Telescope Array Australia: Consortium Workshop 8
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Shock-cloud interactions in young gamma-ray supernova remnants: Evidence for cosmic-ray acceleration (2019)
  • Author(s): Sano, H. and Fukui, Y.
  • Organizer: Supernova Remnants II: An Odyssey in Space after Stellar death
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA view of the molecular clouds associated with the Magellanic SNRs (2019)
  • Author(s): Sano, H., Yamane, Y., Matsumura, H., Tokuda, K., Miroslav, F. F., Rowell, G., Sasaki, M., Tachihara, K., Fukui, Y.
  • Organizer: Supernova Remnants II: An Odyssey in Space after Stellar death
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ASTE CO survey of the Galactic/Magellanic supernova remnants (2019)
  • Author(s): Sano, H.
  • Organizer: ASTE研究会: Sub-mm Spectroscopy and Large Scale Science with ASTE
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 小マゼラン雲の超新星残骸 RX J0046.5-7308 に付随する分子雲の発見 (2019)
  • Author(s): 佐野栄俊, 山根悠望子, 柘植紀節, 井上剛志, 犬塚修一郎, 立原研悟, 福井康雄, 松村英晃, 藤井浩介, 徳田一起, 他 RX J0046.5-7308 プロジェクトチーム
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] Interstellar gas associated with supernova remnants (2019)
  • Author(s): Sano, H.
  • Organizer: next generation VLA workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA CO Observations toward the Magellanic SNRs and Superbubble (2019)
  • Author(s): Sano, H., Yamane, Y., Matsumura, H., Tokuda, K., Miroslav, F., Rowell, G., Sasaki, M., Tachihara, K., Fukui, Y.
  • Organizer: ALMA2019: Science Results and Cross-Facility Synergies
• [Presentation] Interstellar gas associated with the Galactic and Magellanic SNRs (2019)
  • Author(s): Sano, H.
  • Organizer: Collaborative Meeting on Supernova Remnants between Japan and USA
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ALMA and Chandra Studies of the Supernova Remnant N63A in the Large Magellanic Cloud (2019)
  • Author(s): Sano, H., Matsumura, H., Yamane, Y., Tokuda, K., Filipovic, M. D., Rowell, G., Sasaki, M., Plucinsky, P. P., Tachihara, K., and Fukui, Y.
  • Organizer: 20 Years of Chandra Science Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ALMA CO Observations of Supernova Remnant N63A in the Large Magellanic Cloud: Discovery of Dense Molecular Clouds Embedded within Shock-ionized and Photoionized Nebulae (2019)
  • Author(s): Sano, H., Matsumura, H., Yamane, Y., Tokuda, K., Filipovic, M. D., Rowell, G., Sasaki, M., Tachihara, K., and Fukui, Y.
  • Organizer: ALMA/45m/ASTE Users Meeting 2019