We provide a first look at the results of the Herschel Gould Belt survey toward the IC5146 molecular cloud and present a preliminary analysis of the filamentary structure in this region. The column density map, derived from our 70-500 micron Herschel data, reveals a complex network of filaments, and confirms that these filaments are the main birth sites of prestellar cores. We analyze the column density profiles of 27 filaments and show that the underlying radial density profiles fall off as r^{-1.5} to r^{-2.5} at large radii. Our main result is that the filaments seem to be characterized by a narrow distribution of widths having a median value of 0.10 +- 0.03 pc, which is in stark contrast to a much broader distribution of central Jeans lengths. This characteristic width of ~0.1 pc corresponds to within a factor of ~2 to the sonic scale below which interstellar turbulence becomes subsonic in diffuse gas, supporting the argument that the filaments may form as a result of the dissipation of large-scale turbulence.

We present first results from the Herschel Gould Belt survey for the B211/L1495 region in the Taurus molecular cloud. Thanks to their high sensitivity and dynamic range, the Herschel images reveal the structure of the dense, star-forming filament B211 with unprecedented detail, along with the presence of striations perpendicular to the filament and generally oriented along the magnetic field direction as traced by optical polarization vectors. Based on the column density and dust temperature maps derived from the Herschel data, we find that the radial density profile of the B211 filament approaches power-law behavior, ρ ∝ r−2.0± 0.4, at large radii and that the temperature profile exhibits a marked drop at small radii. The observed density and temperature profiles of the B211 filament are in good agreement with a theoretical model of a cylindrical filament undergoing gravitational contraction with a polytropic equation of state: P ∝ ργ and T ∝ ργ−1, with γ = 0.97 ± 0.01 < 1 (i.e., not strictly isothermal). The morphology of the column density map, where some of the perpendicular striations are apparently connected to the B211 filament, further suggests that the material may be accreting along the striations onto the main filament. The typical velocities expected for the infalling material in this picture are ~0.5–1 km s-1, which are consistent with the existing kinematical constraints from previous CO observations.

Abstract The Millimetre Astronomy Legacy Team 90 GHz (MALT90) survey aims to characterise the physical and chemical evolution of high-mass star-forming clumps. Exploiting the unique broad frequency range and on-the-fly mapping capabilities of the Australia Telescope National Facility Mopra 22 m single-dish telescope 1 , MALT90 has obtained 3′ × 3′ maps towards ~2 000 dense molecular clumps identified in the ATLASGAL 870 μm Galactic plane survey. The clumps were selected to host the early stages of high-mass star formation and to span the complete range in their evolutionary states (from prestellar, to protostellar, and on to $\mathrm{H\,{\scriptstyle {II}}}$ regions and photodissociation regions). Because MALT90 mapped 16 lines simultaneously with excellent spatial (38 arcsec) and spectral (0.11 km s −1 ) resolution, the data reveal a wealth of information about the clumps’ morphologies, chemistry, and kinematics. In this paper we outline the survey strategy, observing mode, data reduction procedure, and highlight some early science results. All MALT90 raw and processed data products are available to the community. With its unprecedented large sample of clumps, MALT90 is the largest survey of its type ever conducted and an excellent resource for identifying interesting candidates for high-resolution studies with ALMA.

The early evolution of massive cluster progenitors is poorly understood. We investigate the fragmentation properties from 0.3 pc to 0.06 pc scales of a homogenous sample of infrared-quiet massive clumps within 4.5 kpc selected from the ATLASGAL survey. Using the ALMA 7m array we detect compact dust continuum emission towards all targets, and find that fragmentation, at these scales, is limited. The mass distribution of the fragments uncovers a large fraction of cores above 40 $M_\odot$, corresponding to massive dense cores (MDCs) with masses up to ~400 $M_\odot$. 77 % of the clumps contain at most 3 MDCs per clump, and we also reveal single clumps/MDCs. The most massive cores are formed within the more massive clumps, and a high concentration of mass on small scales reveals a high core formation efficiency. The mass of MDCs highly exceeds the local thermal Jeans-mass, and observational evidence is lacking for a sufficiently high level of turbulence or strong enough magnetic fields to keep the most massive MDCs in equilibrium. If already collapsing, the observed fragmentation properties with a high core formation efficiency are consistent with the collapse setting in at parsec scales.

The formation of the most massive O-type stars is poorly understood. We present a case study of a young massive clump from the ATLASGAL survey, G328.2551-0.5321. It exhibits a bolometric luminosity of 1.3$\times$10$^4$ L$_{\odot}$ corresponding to a current protostellar mass of $\sim$11 and 16 M$_{\odot}$. We analyze high angular-resolution observations with ALMA at $\sim$0.17" corresponding a physical scale of $\sim$400 au in dust continuum and molecular lines. The dust continuum emission reveals a single high-mass protostellar envelope and shows evidence for a marginally resolved continuum source. We detect a rotational line of CH$_3$OH within its $v_{\rm t}$=1 torsionally excited state revealing two bright peaks of emission spatially offset from the dust continuum peak, and exhibiting a distinct velocity component $\pm$4.5 km s$^{-1}$ offset compared to the source $v_{\rm lsr}$. Local thermodynamic equilibrium analysis suggests N(CH$_3$OH)=1.2$-$2$\times$10$^{19}$ cm$^{-2}$, and kinetic temperatures of 160$-$200 K at the position of these peaks. Their velocity shifts correspond well to the expected Keplerian velocity around a central object with 15M$_{\odot}$ consistent with the mass estimate based on the source's bolometric luminosity. We propose a picture where the CH$_3$OH emission peaks trace the accretion shocks around the centrifugal barrier, pinpointing the interaction region between the collapsing envelope and an accretion disk. Because the HC$_3$N $v_{\rm 7}$=1e ($J$=38-37) line shows compact emission, and a velocity pattern consistent with models of Keplerian rotation, we suggest that this could be a new tracer for compact accretion disks around high-mass protostars. The estimated physical properties of the accretion disk suggest a specific angular momentum several times larger than typically observed towards low-mass protostars.

The fragmentation mode of high-mass molecular clumps and the properties of the central rotating structures surrounding the most luminous objects have yet to be comprehensively characterised. Using the IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) and the IRAM 30-m telescope, the CORE survey has obtained high-resolution observations of 20 well-known highly luminous star-forming regions in the 1.37 mm wavelength regime in both line and dust continuum emission. We present the spectral line setup of the CORE survey and a case study for W3(H2O). At ~0.35" (700 AU at 2 kpc) resolution, the W3(H2O) clump fragments into two cores (West and East), separated by ~2300 AU. Velocity shifts of a few km/s are observed in the dense-gas tracer, CH3CN, across both cores, consistent with rotation and perpendicular to the directions of two bipolar outflows, one emanating from each core. The kinematics of the rotating structure about W3(H2O) W shows signs of differential rotation of material, possibly in a disk-like object. The observed rotational signature around W3(H2O) E may be due to a disk-like object, an unresolved binary (or multiple) system, or a combination of both. We fit the emission of CH3CN (12-11) K = 4-6 and derive a gas temperature map with a median temperature of ~165 K across W3(H2O). We create a Toomre Q map to study the stability of the rotating structures against gravitational instability. The rotating structures appear to be Toomre unstable close to their outer boundaries, with a possibility of further fragmentation in the differentially-rotating core W3(H2O) W. Rapid cooling in the Toomre-unstable regions supports the fragmentation scenario. Combining millimeter dust continuum and spectral line data toward the famous high-mass star-forming region W3(H2O), we identify core fragmentation on large scales, and indications for possible disk fragmentation on smaller spatial scales.

Abstract We present initial results from the K -band Focal Plane Array Examinations of Young STellar Object Natal Environments survey, a large project on the 100 m Green Bank Telescope mapping ammonia emission across 11 giant molecular clouds at distances of 0.9–3.0 kpc (Cygnus X North, Cygnus X South, M16, M17, Mon R1, Mon R2, NGC 2264, NGC 7538, Rosette , W3, and W48). This data release includes the NH 3 (1,1) and (2,2) maps for each cloud, which are modeled to produce maps of kinetic temperature, centroid velocity, velocity dispersion, and ammonia column density. Median cloud kinetic temperatures range from 11.4 ± 2.2 K in the coldest cloud (Mon R1) to 23.0 ± 6.5 K in the warmest cloud (M17). Using dendrograms on the NH 3 (1,1) integrated intensity maps, we identify 856 dense gas clumps across the 11 clouds. Depending on the cloud observed, 40%–100% of the clumps are aligned spatially with filaments identified in H 2 column density maps derived from spectral energy distribution fitting of dust continuum emission. A virial analysis reveals that 523 of the 835 clumps (∼63%) with mass estimates are bound by gravity alone. We find no significant difference between the virial parameter distributions for clumps aligned with the dust-continuum filaments and those unaligned with filaments. In some clouds, however, hubs or ridges of dense gas with unusually high mass and low virial parameters are located within a single filament or at the intersection of multiple filaments. These hubs and ridges tend to host water maser emission, multiple 70 μ m detected protostars, and have masses and radii above an empirical threshold for forming massive stars.

The origin of massive stars is a fundamental open issue in modern astrophysics. Pre-ALMA interferometric studies reveal precursors to early B to late O type stars with collapsing envelopes of 15–20 M⊙ on 1000–3000 AU size-scales. To search for more massive envelopes we selected the most massive nearby young clumps from the ATLASGAL survey to study their protostellar content with ALMA. Our first results using the intermediate scales revealed by the ALMA ACA array providing 3–5′′ angular resolution, corresponding to ∼0.05 − 0.1 pc size-scales, reveals a sample of compact objects. These massive, dense cores are on average two-times more massive than previous studies of similar types of objects. We expect that once the full survey is completed, it will provide a comprehensive view on the origin of the most massive stars.

We present significant improvements to our previous work on noise reduction in Herschel observation maps by defining sparse filtering tools capable of handling, in a unified formalism, a significantly improved noise reduction as well as a deconvolution in order to reduce effects introduced by the limited instrumental response (beam). We implement greater flexibility by allowing a wider choice of parsimonious priors in the noise-reduction process. More precisely, we introduce a sparse filtering and deconvolution approach approach of type l 2 - l p , with p > 0 variable and apply it to a larger set of molecular clouds using Herschel 250 μm data in order to demonstrate their wide range of application. In the Herschel data, we are able to use this approach to highlight extremely fine filamentary structures and obtain singularity spectra that tend to show a significantly less log-normal behavior and a filamentary nature in the less dense regions. We also use high-resolution adaptive magneto-hydrodynamic simulation data to assess the quality of deconvolution in such a simulated beaming framework.

ABSTRACT We present a catalogue of dense cores and filaments in a $3.8^\circ \times 2.4^\circ$ field around the TMC1 region of the Taurus molecular cloud. The catalogue was created using photometric data from the Herschel SPIRE and PACS instruments in the 70, 160, 250, 350, and 500 μm continuum bands. Extended structure in the region was reconstructed from a Herschel column density map. Power spectra and probability density functions (PDFs) of this structure are presented. The PDF splits into lognormal and power-law forms, with the high-density power-law component associated primarily with the central part of TMC1. The total mass in the mapped region is 2000 M$_\odot$, of which 34 per cent is above an extinction of $A_V\sim 3$ mag – a level that appears as a break in the PDF and as the minimum column density at which dense cores are found. A total of 35 dense filaments were extracted from the column density map. These have a typical full width at half-maximum (FWHM) width of 0.07 pc, but the TMC1 filament itself has a mean FWHM of $\sim 0.13$ pc. The thermally supercritical filaments in the region are aligned orthogonal to the prevailing magnetic field direction. Derived properties for the supercritical TMC1 filament support the scenario of it being relatively young. A catalogue of 44 robust and candidate prestellar cores is created and is assessed to be complete down to 0.1 M$_\odot$. The combined prestellar core mass function for the TMC1 and L1495 regions is well fit by a single lognormal distribution and is comparable to the standard initial mass function.