medium interstellar me L. Viktor Tth Etvs University & - - PowerPoint PPT Presentation

Ammo mmonia ¡ ¡surveys ¡ ¡of ¡ ¡the ¡ ¡Galac4c ¡ ¡cold ¡ ¡ interstellar ¡ ¡me medium ¡

¡

• L. ¡Viktor ¡Tóth ¡ ¡

Eötvös ¡University ¡& ¡Konkoly ¡Observatory ¡ Budapest ¡

In ¡collabora*on ¡with ¡Orsolya ¡Fehér, ¡Alex ¡Kraus ¡and ¡ ¡ J.-­‑P. ¡Bernard, ¡R. ¡ ¡Bögner, ¡Y. ¡Doi, ¡E. ¡Falgarone, ¡M. ¡Juvela, ¡J. ¡Malinen, ¡D. ¡J. ¡ Marshall, ¡ ¡G. ¡Marton, ¡P. ¡McGehee, ¡L. ¡A. ¡Mon>er, ¡J. ¡Mon>llaud, ¡F. ¡ Mo?e, ¡L. ¡Pagani, ¡R. ¡Paladini, ¡V.-­‑M. ¡Pelkonen, ¡I. ¡Ristorcelli, ¡A. ¡Rivera-­‑ Ingraham, ¡S. ¡Pintér, ¡I. ¡Rácz, ¡N. ¡ ¡Ysard, ¡E. ¡Verebélyi, ¡S. ¡Zahorecz, ¡A. ¡ Zavagno ¡(Hungarian ¡collaborators ¡with ¡boldface) ¡

Cold ¡ISM ¡traced ¡by ¡molecular ¡lines

The ¡first ¡OH ¡18cm ¡measurements ¡of ¡dark ¡clouds ¡ ¡

• High ¡ex>nc>on ¡regions ¡tested ¡(see ¡above) ¡
• Carl ¡Heiles ¡1968ApJ...151..919H ¡

“normal” ¡OH ¡lines ¡detected ¡at ¡several ¡posi>ons ¡

• Clouds ¡1, ¡2 ¡ ¡– ¡today: ¡HCL ¡1; ¡HCL ¡2 ¡

Heiles ¡Cloud ¡2 ¡with ¡TMC-­‑1 ¡ Cloud ¡1 ¡a.k.a. ¡LDN1251 ¡

First ¡molecular ¡line ¡measurements ¡with ¡ the ¡100m ¡telescope ¡already ¡in ¡1973

• H2CO ¡absorp*on ¡in ¡Heiles ¡1 ¡and ¡2 ¡– ¡with ¡Onsala ¡25-­‑m ¡ ¡
• derive ¡spin ¡temperature ¡from ¡hyperfine ¡structural ¡component ¡ ¡
• Programs ¡started ¡at ¡the ¡100-­‑m ¡telescope ¡to ¡observe ¡the ¡

H2CO ¡absorp*on ¡line ¡– ¡eg. ¡survey ¡of ¡the ¡Andromeda ¡galaxy ¡

• complex ¡molecules ¡first ¡observed ¡at ¡Effelsberg: ¡methylamine ¡

and ¡formamid ¡

• Hachenberg, ¡O., ¡1974, ¡Naturwissenschaden ¡61, ¡537 ¡
• Hachenberg, ¡O., ¡1976, ¡MitAG ¡39, ¡44 ¡

¡

First ¡ammonia ¡results ¡already ¡in ¡1977

• Orion ¡BN-­‑KL ¡complex ¡
• NH3 ¡(1,1); ¡(2,2); ¡(3,3) ¡metastable ¡lines ¡
• Mul>ple ¡lines, ¡op>cal ¡depth: ¡2-­‑4 ¡(from ¡hyperfine ¡components) ¡
• Non-­‑metastable ¡(5,4) ¡line ¡of ¡14NH3 ¡is ¡detected ¡
• Extent ¡of ¡ammonia ¡emigng ¡region ¡is ¡smaller ¡than ¡that ¡of ¡the ¡H2CO ¡
• Wilson, ¡Downes, ¡Bieging ¡(1977, ¡BAAS) ¡

Warmed ¡up ¡(50 ¡K ¡< ¡Tkin ¡< ¡120 ¡K) ¡molecular ¡ gas ¡near ¡the ¡Galac4c ¡Centre ¡

discovered ¡with ¡NH3 ¡(1,1); ¡(2,2); ¡(3,3); ¡(4,4) ¡inversion ¡line ¡observa>ons ¡ ¡ by ¡Güsten, ¡R.; ¡Walmsley, ¡C. ¡M.; ¡Pauls, ¡T. ¡1981A&A...103..197G ¡

¡

“The ¡Ho ¡and ¡Townes ¡paper”

• The ¡first ¡review ¡of ¡the ¡proper>es ¡and ¡evolu>on ¡of ¡the ¡dense ¡

(103cm3 ¡< ¡n(H2) ¡< ¡105cm3 ¡interstellar ¡medium ¡through ¡NH3 ¡studies ¡

• Ho, ¡P. ¡T. ¡P.; ¡Townes, ¡C. ¡H., ¡1983ARA&A..21..239H ¡ ¡

NH3 ¡rota4onal ¡inversion ¡lines ¡as ¡a ¡thermometer ¡

• f ¡the ¡CISM ¡

Walmsley, ¡C. ¡M.; ¡Ungerechts, ¡H., ¡1983A&A...122..164W ¡ ¡ also ¡refined ¡by ¡ ¡ Danby, ¡G.; ¡Flower, ¡D. ¡R.; ¡Valiron, ¡P., ¡1988MNRAS.235..229D ¡

¡

Hot ¡cores

• Non-­‑metastable ¡rota>onal ¡

NH3 ¡inversion ¡lines ¡ ¡

• in ¡Orion-­‑KL ¡
• Morris, ¡M.; ¡Palmer, ¡P.; ¡

Zuckerman, ¡B. ¡ 1980ApJ...237....1M ¡

• clarified ¡by ¡Genzel, ¡R.; ¡Ho, ¡
• P. ¡T. ¡P.; ¡Bieging, ¡J.; ¡Downes, ¡
• D. ¡1982ApJ...259L.103G ¡
• detec>ons ¡up ¡to ¡(J, ¡K) ¡= ¡

(18,18) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡toward ¡the ¡galac>c ¡center ¡star ¡forming ¡region ¡Sgr ¡B2; ¡ ¡ Tkin ¡> ¡Trot ¡> ¡1300 ¡K ¡ Wilson, ¡T. ¡L.; ¡Henkel, ¡C.; ¡Hü?emeister, ¡S. ¡2006A&A...460..533W ¡ ¡

NH3 ¡survey ¡of ¡YSO ¡candidates ¡

• Colour ¡selected ¡IRAS ¡point ¡

sources ¡in ¡Ori ¡and ¡Cep ¡ ¡

• detected ¡ ¡ammonia ¡at ¡37 ¡of ¡

the ¡observed ¡160 ¡IRAS ¡ sources ¡

• detec>on ¡rate ¡higher ¡towards ¡

H2O ¡masers ¡ ¡

• Embedded ¡YSOs ¡
• Wouterloot, ¡J. ¡G. ¡A.; ¡

Walmsley, ¡C. ¡M.; ¡Henkel, ¡C. ¡ 1988A&A...203..367W ¡ ¡

NH3 ¡follow-­‑ups ¡of ¡FIR ¡ surveys

IRDCs ¡

• shadows ¡on ¡the ¡MSX ¡mid-­‑IR ¡images ¡
• the ¡survey ¡of ¡218 ¡northern ¡hemisphere ¡high-­‑contrast ¡IRDCs ¡
• masses ¡up ¡to ¡1000MSun ¡– ¡ ¡sources ¡close ¡to ¡virial ¡equilibrium. ¡
• Chira, ¡R.-­‑A.; ¡Beuther, ¡H.; ¡Linz, ¡H. ¡et ¡al. ¡2013A&A...552A..40C ¡

¡ ISOPHOT ¡surveys ¡beyond ¡100μm ¡

• Low ¡mass ¡cores ¡in ¡Heiles ¡cloud ¡2 ¡(Tóth, ¡L. ¡V.; ¡ ¡et ¡al., ¡2004A&A...420..533T) ¡
• High ¡mass ¡cores ¡(eg. ¡Bihr, ¡S.; ¡Beuther, ¡H.; ¡Linz, ¡H. ¡2015A&A...579A..51B) ¡

NH3 ¡follow-­‑ups ¡of ¡ATLASGAL

• near ¡mid-­‑plane ¡ISM ¡
• massive ¡(>100MSun) ¡
• dense ¡(N(H2)>105cm-­‑3) ¡ ¡
• cold ¡(Tkin~20K) ¡clumps ¡ ¡
• Galac>c ¡Molecular ¡Ring ¡
• Wienen, ¡M.; ¡Wyrowski, ¡F.; ¡

Schuller, ¡F. ¡et ¡al. ¡ 2012A&A...544A.146W ¡

Extragalac4c ¡NH3

• NH3 ¡mul>line ¡spectroscopy ¡
• lensing ¡galaxy ¡B0218+357 ¡ ¡
• ¡z ¡= ¡0.6847 ¡ ¡
• Tkin ¡∼ ¡55 ¡K ¡molecular ¡gas ¡
• at ¡about ¡2kpc ¡from ¡the ¡centre ¡
• Henkel, ¡C.; ¡Jethava, ¡N.; ¡Kraus, ¡A. ¡et ¡al. ¡

2005A&A...440..893H ¡ ¡ ¡

Planck ¡cold ¡clumps ¡(PGCC) ¡– ¡wide ¡range ¡of ¡ physical ¡proper4es

• Size: ¡0.2 ¡pc ¡to ¡20 ¡pc, ¡and ¡is ¡highly ¡
• heterogeneous. ¡ ¡
• Distribu>on ¡of ¡the ¡angular ¡size: ¡ ¡
• limited ¡by ¡the ¡Planck ¡resolu>on ¡ ¡∼ ¡5’ ¡ ¡
• The ¡maximum ¡size ¡of ¡the ¡compact ¡

sources ¡∼ ¡12’ ¡

• à ¡the ¡associated ¡physical ¡size ¡is ¡totally ¡

driven ¡by ¡the ¡distance ¡es>mate. ¡ ¡

• The ¡nature ¡of ¡PGCCs: ¡from ¡very ¡compact ¡

sources ¡(cloud ¡cores) ¡to ¡large ¡clouds ¡of ¡ several ¡pc. ¡ ¡

• The ¡range ¡of ¡masses: ¡from ¡0.3M⊙ ¡up ¡to ¡

2.5 ¡× ¡104 ¡M⊙ ¡

• median ¡mass ¡88 ¡M⊙. ¡ ¡
• It ¡covers ¡a ¡broad ¡variety ¡of ¡objects, ¡from ¡

cores ¡to ¡giant ¡molecular ¡clouds

• NH3 follow-up survey at Effelsberg-100m

Juvela + 2012 A&A...541A..12J The Planck collaboration 2011 A&A...536A..23P The Planck collaboration 2016A&A...594A..28P

Planck ¡Galac*c ¡cold ¡clumps ¡(PGCC) ¡

• small ¡extended ¡objects ¡ ¡
• low ¡dust ¡color ¡temperatures ¡
• Planck ¡Collabora>on, ¡

2011A&A...536A..23P ¡

• Juvela+ ¡2012A&A...541A..12J ¡

¡ Hydrogen ¡column ¡density ¡distribu*on ¡ ¡

• from ¡Herschel ¡SPIRE ¡
• Density ¡peaks ¡in ¡PGCCs ¡

¡ Herschel ¡point ¡sources: ¡ ¡ Square: ¡250 ¡μm; ¡Ring: ¡350 ¡μm ¡ X: ¡500 ¡μm ¡ Fehér, ¡Tóth, ¡Ward-­‑Thompson ¡et ¡al. ¡ ¡

Survey ¡of ¡50 ¡Planck ¡ cold ¡clumps ¡– ¡an ¡ example: ¡HCL ¡2

2016A&A...590A..75F ¡

TMC-­‑

• ­‑1 ¡

¡in ¡ ¡HCL ¡ ¡2 ¡ ¡– ¡ – ¡pulling ¡ ¡the ¡ ¡bull’s ¡ ¡tail ¡ ¡ ¡ ¡

NH3 ¡mapping ¡(Effelsberg-­‑100m) ¡– ¡ ¡2 ¡PGCCs: ¡TMC-­‑1 ¡

• High ¡S/N, ¡high ¡velocity ¡resolu>on ¡(< ¡0.05km/s) ¡
• La>tude ¡dependent ¡gain ¡measured ¡
• (1,1) ¡main ¡group ¡line ¡intensity ¡(5σ), ¡see ¡grayscale ¡
• (1,1) ¡line ¡velocity ¡from ¡hyperfine ¡fit ¡(4σ), ¡see ¡colored ¡
• Northern ¡part ¡
• Bright ¡in ¡NH3 ¡(1,1) ¡
• 3 ¡velocity ¡components ¡

Feher ¡+ ¡2016A&A...590A..75F ¡

TMC-­‑1 ¡model: ¡

• 4 ¡clumps ¡
• 3 ¡sub-­‑filaments ¡
• Clump ¡4 ¡with ¡

associated ¡YSO ¡

TM TMC-­‑1 C-­‑1 ¡i ¡in ¡ ¡3D ¡– ¡based ¡on ¡NH3 ¡follow-­‑up ¡of ¡PGCCs ¡ ¡

• Known ¡YSO ¡with ¡compact ¡
• u}low ¡
• Direc>on: ¡>lted ¡to ¡obs. ¡
• Length: ¡ ¡0.1pc ¡
• High ¡S/N ¡NH3(1,1) ¡& ¡(2,2) ¡à ¡
• Local ¡Tkin ¡increase ¡at ¡YSO: ¡0.4K ¡
• High ¡spectral ¡resolu>on ¡à ¡
• Increased ¡turbulence ¡in ¡sub-­‑

filament ¡#1 ¡(green) ¡

è ¡3D ¡model ¡

h?ps://www.youtube.com/watch? v=sauawwQi0QM&t=5s ¡ ¡

Fehér, ¡Tóth, ¡Ward-­‑Thompson ¡et ¡al. ¡ 2016A&A...590A..75F ¡