STUDY OF THE PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF DENSE CLUMPS AT DIFFERENT EVOLUTIONARY STAGES IN SEVERAL REGIONS OF MASSIVE STAR AND STELLAR CLUSTER FORMATION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Massive stars play an important role in the Universe. Unlike low-mass stars, the formation of these objects located at great distances is still unclear. It is expected to be governed by some combination of self-gravity, turbulence, and magnetic fields. Our aim is to study the chemical and physical conditions of dense clumps at different evolutionary stages. We performed observations towards 5 regions of massive star and stellar cluster formation (L1287, S187, S231, DR 21(OH), NGC 7538) with the IRAM-30m telescope. We covered the 2 and 3–4 mm wavelength bands and analysed the lines of HCN, HNC, HCO+, HC3N, HNCO, OCS, CS, SiO, SO2, and SO. Using astrodendro algorithm on the 850 μm dust emission data from the SCUBA Legacy catalogue, we determined the masses, H2 column densities, and sizes of the clumps. Furthermore, the kinetic temperatures, molecular abundances, and dynamical state were obtained. The Red Midcourse Space Experiment Source survey (RMS) was used to determine the clump types. A total of 20 clumps were identified. Three clumps were found to be associated with the H II regions, 10 with young stellar objects (YSOs), and 7 with submillimetre emission. The clumps have typical sizes of ∼ 0.2 pc and masses from 1 to 102 𝑀⊙, kinetic temperatures of ∼ 20 − 40 K and line widths of H13CO+ (1–0) ∼ 2 km/s. We found no significant correlation in the line “width-size” and the “line width-mass” relationships. However, a strong correlation is observed in “mass-size” relationships. The virial analysis indicated that three clumps are gravitationally bound. Furthermore, we suggested that significant magnetic fields, ∼ 1 mG, provide additional support for clump stability. The molecular abundances (relation to H2) are ∼ 10−10 − 10−8.

About the authors

A. G. Pazukhin

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences; National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: a.pazuhin@ipfran.ru
Nizhny Novgorod, Russia; Nizhny Novgorod, Russia

I. I. Zinchenko

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences; National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Email: zin@ipfran.ru
Nizhny Novgorod, Russia; Nizhny Novgorod, Russia

E. A. Trofimova

Federal Research Center A. V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences

Email: tea@ipfran.ru
Nizhny Novgorod, Russia

References

  1. . F. Motte, S. Bontemps, and F. Louvet, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 56, 41 (2018), arXiv:1706.00118 [astro-ph.GA].
  2. H. Zinnecker and H.W. Yorke, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 45(1), 481 (2007), arXiv:0707.1279 [astro-ph].
  3. R.B. Larson, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 194, 809 (1981).
  4. P.M. Solomon, A.R. Rivolo, J. Barrett, and A. Yahil, Astrophys. J. 319, 730 (1987).
  5. G.A. Fuller and P.C. Myers, Astrophys. J. 384, 523 (1992).
  6. P. Caselli and P.C. Myers, Astrophys. J. 446, 665 (1995).
  7. I.I. Zinchenko, Astron. Letters 26, 802 (2000).
  8. M.H. Heyer and C.M. Brunt, Astrophys. J. 615(1), L45 (2004), arXiv:astro-ph/0409420.
  9. A. Traficante, A. Duarte-Cabral, D. Elia, G.A. Fuller, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 477(2), 2220 (2018), arXiv:1803.08929 [astro-ph.GA].
  10. F. Bertoldi and C.F. McKee, Astrophys. J. 395, 140 (1992).
  11. J. Kauffmann, T. Pillai, and P.F. Goldsmith, Astrophys. J. 779(2), id. 185 (2013).
  12. T. Pillai, J. Kauffmann, J.C. Tan, P.F. Goldsmith, S.J. Carey, and K.M. Menten, Astrophys. J. 799(1), id. 74 (2015), arXiv:1410.7390 [astro-ph.GA].
  13. T. Vasyunina, H. Linz, T. Henning, I. Zinchenko, H. Beuther, and M. Voronkov, Astron. and Astrophys. 527, id. A88 (2011), arXiv:1012.0961 [astroph.SR].
  14. P. Sanhueza, J.M. Jackson, J.B. Foster, G. Garay, A. Silva, and S.C. Finn, Astrophys. J. 756(1), id. 60 (2012), arXiv:1206.6500 [astro-ph.GA].
  15. T. Gerner, H. Beuther, D. Semenov, H. Linz, T. Vasyunina, S. Bihr, Y.L. Shirley, and T. Henning, Astron. and Astrophys. 563, id. A97 (2014), arXiv:1401.6382 [astro-ph.SR].
  16. J.M. Rathborne, J.S. Whitaker, J.M. Jackson, J.B. Foster, et al., Publ. Astron. Soc. Australia 33, id. e030 (2016).
  17. J.S. Urquhart, C. Figura, F. Wyrowski, A. Giannetti, et al., Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 484(4), 4444 (2019), arXiv:1901.03759 [astro-ph.GA].
  18. A.G. Pazukhin, I.I. Zinchenko, E.A. Trofimova, and C. Henkel, Astron. Rep. 66(12), 1302 (2022), arXiv:2211.14063 [astro-ph.GA].
  19. A.G. Pazukhin, I.I. Zinchenko, E.A. Trofimova, C. Henkel, and D.A. Semenov, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 526(3), 3673 (2023).
  20. S.L. Lumsden, M.G. Hoare, J.S. Urquhart, R.D. Oudmaijer, B. Davies, J.C. Mottram, H.D.B. Cooper, and T.J.T. Moore, Astrophys. J. Suppl. 208(1), id. 11 (2013), arXiv:1308.0134 [astro-ph.GA].
  21. J. Di Francesco, D. Johnstone, H. Kirk, T. MacKenzie, and E. Ledwosinska, Astrophys. J. Suppl. 175(1), 277 (2008).
  22. I. Sepúlveda, R. Estalella, G. Anglada, R. López, et al., Astron. and Astrophys. 644, id. A128 (2020), arXiv:2011.01651 [astro-ph.GA].
  23. K.L.J. Rygl, A. Brunthaler, M.J. Reid, K.M. Menten, H.J. van Langevelde, and Y. Xu, Astron. and Astrophys. 511, id. A2 (2010), arXiv:0910.0150 [astro-ph.GA].
  24. D. Russeil, C. Adami, and Y.M. Georgelin, Astron. and Astrophys. 470(1), 161 (2007).
  25. R.A. Burns, H. Imai, T. Handa, T. Omodaka, A. Nakagawa, T. Nagayama, and Y. Ueno, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 453(3), 3163 (2015), arXiv:1509.03110 [astro-ph.SR].
  26. K.L.J. Rygl, A. Brunthaler, A. Sanna, K.M. Menten, et al., Astron. and Astrophys. 539, id. A79 (2012), arXiv:1111.7023 [astro-ph.GA].
  27. L. Moscadelli, M.J. Reid, K.M. Menten, A. Brunthaler, X.W. Zheng, and Y. Xu, Astrophys. J. 693(1), 406 (2009), arXiv:0811.0679 [astro-ph].
  28. H.S.P. Müller, F. Schlöder, J. Stutzki, and G. Winnewisser, J. Molecular Structure 742(1–3), 215 (2005).
  29. M. Newville, T. Stensitzki, D.B. Allen, and A. Ingargiola, LMFIT: Non-Linear Least-Square Minimization and Curve-Fitting for Python, Zenodo (2014).
  30. N. Schneider, T. Csengeri, S. Bontemps, F. Motte, R. Simon, P. Hennebelle, C. Federrath, and R. Klessen, Astron. and Astrophys 520, id. A49 (2010), arXiv:1003.4198 [astro-ph.GA].
  31. E.W. Rosolowsky, J.E. Pineda, J. Kauffmann, and A.A. Goodman, Astrophys. J. 679(2), 1338 (2008), arXiv:0802.2944 [astro-ph].
  32. S.E. Ragan, T. Henning, and H. Beuther, Astron. and Astrophys. 559, id. A79 (2013), arXiv:1308.6157 [astro-ph.GA].
  33. D.A. Ladeyschikov, O.S. Bayandina, and A.M. Sobolev, Astron. J. 158(6), id. 233 (2019).
  34. A. Zavagno, L. Deharveng, and J. Caplan, Astron. and Astrophys. 281, 491 (1994).
  35. J. Kauffmann, F. Bertoldi, T.L. Bourke, N.J. Evans, II, and C.W. Lee, Astron. and Astrophys. 487(3), 993 (2008).
  36. V. Ossenkopf and Th. Henning, Astron. and Astrophys. 291, 943 (1994).
  37. T. Hirota, S. Yamamoto, H. Mikami, and M. Ohishi, Astrophys. J. 503(2), 717 (1998).
  38. A. Hacar, A.D. Bosman, and E.F. van Dishoeck, Astron. and Astrophys. 635, id. A4 (2020).
  39. J.G. Mangum and Y.L. Shirley, Publ. Astron. Soc. Pacific 127(949), 266 (2015), arXiv:1501.01703 [astro-ph.IM].
  40. A. Ginsburg, V. Sokolov, M. de Val-Borro, E. Rosolowsky, J.E. Pineda, B.M. Sipöcz, and J.D. Henshaw, Astron. J. 163(6), id. 291 (2022), arXiv:2205.04987 [astro-ph.IM].
  41. Y.T. Yan, C. Henkel, C. Kobayashi, K.M. Menten, et al., Astron. and Astrophys. 670, id. A98 (2023), arXiv:2212.03252 [astro-ph.GA].
  42. L. Pirogov, I. Zinchenko, P. Caselli, L.E.B. Johansson, and P.C. Myers, Astron. and Astrophys. 405, 639 (2003), arXiv:astro-ph/0304469.
  43. R.M. Crutcher, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 50, 29 (2012).
  44. A. Singh, C.D. Matzner, R.K. Friesen, P.G. Martin, et al., Astrophys. J. 922(1), id. 87 (2021), arXiv:2108.05367 [astro-ph.GA].
  45. J. Kauffmann and T. Pillai, Astrophys. J. Letters 723(1), id. L7 (2010), arXiv:1009.1617 [astroph.GA].
  46. N. Yu and J. Xu, Astrophys. J. 833(2), id. 248 (2016), arXiv:1701.02068 [astro-ph.GA].
  47. M. Wenger, F. Ochsenbein, D. Egret, P. Dubois, et al., Astron. and Astrophys. Suppl. Ser. 143, 9 (2000), arXiv:astro-ph/0002110.
  48. F. Ochsenbein, The Vizier database of astronomical catalogues (1996), https://vizier.cds.unistra.fr.
  49. F. Ochsenbein, P. Bauer, and J. Marcout, Astron. and Astrophys. Suppl. Ser. 143, 23 (2000), arXiv:astro-ph/0002122.
  50. C.R. Harris, K.J. Millman, S.J. van der Walt, R. Gommers, et al., Nature 585(7825), 357 (2020), arXiv:2006.10256 [cs.MS].
  51. A.M. Price-Whelan, P.L. Lim, N. Earl, N. Starkman, et al., Astrophys. J. 935(2), id. 167 (2022), arXiv:2206.14220 [astro-ph.IM].
  52. J.D. Hunter, Comp. Science and Engineering 9(3), 90 (2007).
  53. P. Virtanen, R. Gommers, T.E. Oliphant, M. Haberland, et al., Nature Methods 17, 261 (2020), arXiv:1907.10121 [cs.MS].
  54. E.L. Wright, P.R.M. Eisenhardt, A.K. Mainzer, M.E. Ressler, et al., Astron. J. 140(6), 1868 (2010), arXiv:1008.0031 [astro-ph.IM].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».