HII Regions in hydrostatic balance between gas pressure, radiation pressure and gravity

 

A. G. Raga,^1,4 J. Cantó,² G. Mellema,³ A. Rodríguez-González,¹ and A. Esquivel,^1,4

 

¹ Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México, Apdo. Postal 70-543, C.P. 04510, Mexico, D.F., Mexico (ary@nucleares.unam.mx).

² Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Apdo. Postal 70-264, C.P. 04510, México, D.F., México.

³ Department of Astronomy and Oskar Klein Centre, Stockholm University, AlbaNova, SE-10691 Stockholm, Sweden (garrelt.mellema@astro.su.se).

⁴ Nordita, KTH Royal Institute of Technology and Stockholm University, Roslagstullsbacken 23, 10691 Stockholm, Sweden (esquivel@nucleares.unam.mx, raga@nucleares.unam.mx).

 

Received June 20 2014.
Accepted October 9 2014.

 

RESUMEN

Estudiamos las soluciones de una versión modificada de la ecuación de Lane-Emden isotérmica, la cual incorpora el efecto de la presión de radiación (dirigida hacia afuera) asociada a las fotoionizaciones. Estas soluciones son relevantes para regiones HII alrededor de un cúmulo con ≈500 estrellas O, que puede fotoionizar el gas hasta distancias de ≈ pc (siendo n₀ la densidad central del gas), donde son importantes los efectos tanto de la autogravedad como de la presión de radiación. Encontramos que las soluciones tienen una transición de un régimen "dominado por gravedad" (en el que las soluciones convergen a radios grandes a la solución de la esfera isotérmica autogravitante no singular) a uno "dominado por presión de radiación" (en el que la densidad diverge a un radio finito) para regiones HII con densidades centrales mayores que n_crit = 100 cm ^-3. Argumentamos que las soluciones con densidades centrales altas, dominadas por presión de radiación, no ocurrirán en muchas de las situaciones astrofísicamente relevantes, dada la ausencia de un posible medio confinador de presión suficientemente alta.

 

ABSTRACT

We study the solutions of a modified version of the isothermal Lane-Emden equation, which incorporates the effect of the (owtwards directed) radiation pressure resulting from photoionizations. These solutions are relevant for HII regions around a cluster with over ≈500 O stars, which can photoionize gas out to ≈ pc (where no is the central gas density), where the effects of the self-gravity and the radiation pressure become important. We find that the solutions have a transition from a "gravity dominated" regime (in which the solutions converge at large radii to the non-singular, isothermal sphere solution) to a "radiation pressure dominated" regime (in which the density diverges at a finite radius) for central HII region densities above n_crit = 100 cm^-3. We argue that the high central density, radiation pressure dominated solutions will not occur in most astrophysically relevant situations, because of the absence of a possible confining environment with a high enough pressure.

Key Words: hydrodynamics — ISM: evolution — ISM: kinematics and dynamics — ISM: HII regions — stars: formation.

 

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ACKNOWLEDGMENT

The authors acknowledge the Nordita programme on "Photo-evaporation in Astrophysical Systems" (June 2013) where this work was started. We further acknowledge support from the CONACYT grants 61547, 101356, 101975 and 167611, DGAPA-UNAM grants IN105312 and IG100214 and Swedish Research Council grant 2012 4144.

 

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