Slide 12011年7月28日

New Results from NRO MaGiC Project : “GMC Evolution in M33”

“MAGiC” projectM33 All disk Survey of Giant molecular Clouds

Rie Miura

(The University of Tokyo／NAOJ ALMA)

N.Kuno, S.Sachiko, A.Hirota(NRO), T.Tomoka(Joetsu univ.), K.Muraoka(Osaka pref. Univ.) T.Minamidani (Hokkaido Univ.), S.K.Okumura, 

S.Komugi, H.Narae, K.Nakanishi, T.Sawada(NAOJ) and K.Kohno (Tokyo univ.)

Slide 22011年7月28日

Massive Star Formation in Giant Molecular Clouds (GMC)

A large fraction of ISM in spiral galaxy is molegular gas.

GMCs comprises 80% of the molecular mass in Milkey Way  (Williams & MacKee 1997)

Site of the Massive Star/Cluster Formation (Ladas & Lada 2003)

SFE:~10% of the mass of a GMC is converted to stars. (e.g.Williams & MacKee 1997)

I. GMC distribution :

II. GMC PropertiesGMC masses: 104—106   Mo, 

      sizes:  50—200  pc 

III.Mass Function (MF) ranges from ­1.55 to ­2.49

IV.Lifetime: ~ 30 Myr (e.g. Williams & MacKee 1997, Yamaguchi et al,2001)Star formation occurs within ~4 Myr, Cloud's dispersal occurs within < 10 Myr. (Elmegreen 2000)

V. GMC Evolution No SF(TypeI)­>only w HII(TypeII)­>w HII & Cluster (TypeIII)

VI.Physical Properties, changes fromless dense&cold   dense & warm → 

Understanding “evolution of GMC” linked to SF both in MW in extra­galaxies.

 need more samples→ need wide field observations→ need high resolution obs.→

Slide 32011年7月28日

“MAGiC” project +M33 All disk Survey of Giant molecular Clouds

12CO(1­0)  with 45m­ Onodera et al., 2010, ApJ­ Tosaki et al. 2011, PASJ­ Miura et al., in prep. 

13CO(1­0)  with 45m­ Muraoka et al. 2011 submitted to PASJ   (村岡さんポスター参照)

­ Miura et al., in prep. 

12CO(3­2)  with ASTE ­ Tosaki et al. 2007, ApJ­ Miura et al., in prep. (村岡さん講演)

­ Onodera et al. in prep. (村岡さん講演)

1.1mm continuum with ASTE/AzTECKomugi et al. 2011, PASJ

HCN & continuum with NMA Miura et al., 2010, ApJ

1212CO(1-0)CO(1-0)

Slide 42011年7月28日

Methodology

Step1­1: Identifying GMCs from NRO 12CO(1­0) image,

Step1­2:Identifying Young Clusteres and estimating their age by using the photometric data (Massey et al. 2006).

Step1­3:Classifying GMCs depending on age of the associated Young Cluster and the association with the HII regions.

Step 2: Investigating the variation of temperature and density for each M33 GMC with NRO 13CO(1­0),  ASTE CO(3­2) data ,

Comparing to the GMC classifications.

GMC Cluster/

HII regions

associated?

Temperature ?Density ?

age?

Slide 52011年7月28日

step1­1. GMC Identifications

71 GMCs identified by the CPROPS (Rosolowsky & Leroy 2006)

GMC size range 52 – 400 pc, Mass ranges 1.6 – 38 × 105 Mo

14 GMCs among 71 GMCs are resolved into 2-3 smallerclouds.

Interestingly, most of the “GMC core”s which are identified in Rosolowsky et al. (2007) are located closer to the Halpha emitting region.

Slide 62011年7月28日

Step1­2: Cluster IdentificationYoung Stellar populations in M33

Padova model (Girardi et al. 2010 are ref. therein )

solar metalicityAv ~ 0.22 (Massey et al. 2006)

Blue dots: young stars (< 50 Myr)

Red dots: old stars (100 –  200 Myr)

Slide 72011年7月28日

Estimated Cluster Mass and Ages

Only the clusters within the extent of a GMC are treated as the associated clusters with a GMC.

Estimated Cluster ages are 10 – 20 Myr in GMC6.

Slide 82011年7月28日

GMC Types in M33

GMC Type Observed Signature M33 LMCI No Hii regions or young clusters 9 (14 %) 46 (24 %)II With Hii regions(s) 24 (34 %) 96 (50 %)

With Hii regions and stellar clusters (< 10 Myr) 15 (21 %) 49 (26 %)

With Hii regions and stellar clusters ( 10 -- 20 Myr) 20 (27 %) NAV With Hii regions and stellar clusters ( 20 -- 30 Myr) 5 (8 %) NA

III (confirm)

IV (candidate)

Type IGMC 13

Type IIGMC 18

Type III (<10 Myr)GMC 53

Type III (10--20 Myr)

GMC 41

Type IV(20--30 Myr)

GMC 2

This Implys.. Not like starbust but continuous star formation..

Slide 92011年7月28日

Properties in GMC Types

Type Mass(105 Mo)

Effective R (pc) SFR(10-5Mo/yr)

Max n*(/ 68pc box)

TypeI 3 36 – 65 0.5 – 20* 0

TypeII 4 – 38 32 – 119 0.9 – 160 0

TypeIII Type IV

4 – 32 35 – 108 3.7 – 190 29 – 67 (< 10Myr)5-35 (10-20Myr)

TypeV 2 – 18 30 – 65 4.0 – 110 5 – 25

Type IGMC 13

Type IIGMC 18

Type III (<10 Myr)GMC 53

Type III (10--20 Myr)

GMC 41

Type IV(20--30 Myr)

GMC 2

Slide 102011年7月28日

Summary: GMC Evolution?“Continuous” star formation

Type I (5/27, 19 %) Type II (10/27, 37%) Type III (10/27, 37 %) Type IV (2/27, 7%)

DIFFUSECOLDNO SF

DENSERDENSERCOLDNO SF

DENSEDENSECOLDSFSF

DENSEDENSEWARMWARMACTIVE SF ACTIVE SF

Contour 12COColor SFR(Ha+24um)

Type I(no SF)

Type II(/w HII regions)

Type III + Type IV(< 10 Myr-- 20Myr)

Type V(20-30Myr)

ACTIVE SFACTIVE SF

INTERMEDIATE INTERMEDIATE SFRSFR

DISPERSAL ?DISPERSAL ?

NOT ACTIVE NOT ACTIVE enough to enough to dispersedisperseContour 12CO

Color SFR(Ha+24um)

● Taking the lifetime of HII regions into account, star formation might last continuously in some GMCs, rather than starburst.

Slide 112011年7月28日

4. 13CO(1-0) Observations

Slide 122011年7月28日

13CO(1—0) data

In order to estimate physical state  quantitatively, 13CO data  was used for LVG analysis...

45 Molecular Clouds were observed in 13CO emission with the 45­m telescope.

Note that this is not Mapping, but Pointed observations.

Slide 132011年7月28日

SFR vs. R13,R32

CO(3­2)/CO(1­0) line ratio is well correlated with the SFR, whilc 13CO/12CO line raito is slightly correlated, but not clear.

Line ratios of each GMC were measured at the peak in CO(1­0) emission.

SFR sensitivity is ~5x10­11 Mo yr­1 pc­2

Slide 142011年7月28日

LVG Analysis using 13CO(1—0) data

Type R32

n(H2)

(cm-3)

Tk(K)

SFR*(10-8 Mo/yr)

TypeI 0.22 – 0.43 N/A N/A N/A

TypeII 0.22 – 0.54 6e+02 – 3e+03 ~10 0.2 – 0.6

TypeIII 0.3 – 1.17 5e+02 – 1e+06 10 – 200 0.6 – 26

TypeIV 0.35 – 0.65 2e+04 ~ 10 ~2

LVG code (Minamidani+2008)

Rotational levels up to J=40

Kinematic temperature Tkin

=5­200K

Density n(H2)=10〜106cm­3

CO fractional abundanceX(CO)=[CO]/[H

2]=1x10­4,1x10­5,3x10­6,　1x10­6,　1x10­7

Abundances 12CO/13CO=50

Slide 152011年7月28日

LVG Analysis using CO data

Temperature and Density seem to be correlated with SFR...

The molecular gas at the peak in the CO(1­0) emission shows mostly Tk~10­20K, n~103 cm­3

 The molecular gas in Giant Hii region shows higher temperature and density.

Slide 162011年7月28日

Summary

We present new results from NRO MAGiC Project, showing high sensitivity,  high resolution and wide field 12CO, 13CO data.

We identified 71 GMCs in M33 and classified into five groups depending on the association with young clusters or HII regions.This classification are interpreted “GMC evolutions”.

We also conduced 13CO observations in order to investigate the physical properties in M33 GMCs.By applying LVG analysis, the temperature and the density of 45 GMCs were estimated.As a result, there is a weak correlation between SFR and density, and also temprature.