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.

The formation of massive stars is a highly complex process in which it is not clear whether the star-forming gas is in global gravitational collapse or in an equilibrium state, supported by turbulence. By studying one of the most massive and dense star-forming regions in the Galaxy at a distance of less than 3 kpc, the filament containing the well-known sources DR21 and DR21(OH), we expect to find observational signatures that allow to discriminate between the two views. We use molecular line data from our 13CO 1-0, CS 2-1, and N2H+ 1-0 survey of the Cygnus X region obtained with the FCRAO and high-angular resolution observations of CO, CS, HCO+, N2H+, and H2CO, obtained with the IRAM 30m telescope. We observe a complex velocity field and velocity dispersion in the DR21 filament in which regions of highest column-density, i.e. dense cores, have a lower velocity dispersion than the surrounding gas and velocity gradients that are not (only) due to rotation. Infall signatures in optically thick line profiles of HCO+ and 12CO are observed along and across the whole DR21 filament. From modelling the observed spectra, we obtain a typical infall speed of 0.6 km/s and mass accretion rates of the order of a few 10^-3 Msun/yr for the two main clumps constituting the filament. These massive (4900 and 3300 Msun) clumps are both gravitationally contracting. All observed kinematic features in the DR21 filament can be explained if it is formed by the convergence of flows at large scales and is now in a state of global gravitational collapse. Whether this convergence of flows originated from self-gravity at larger scales or from other processes can not be settled with the present study. The observed velocity field and velocity dispersion are consistent with results from (magneto)-hydrodynamic simulations where the cores lie at the stagnation points of convergent turbulent flows.

The origin and possible universality of the stellar initial mass function (IMF) is a major issue in astrophysics. One of the main objectives of the Herschel Gould Belt Survey is to clarify the link between the prestellar core mass function (CMF) and the IMF. We present and discuss the core mass function derived from Herschel data for the large population of prestellar cores discovered with SPIRE and PACS in the Aquila Rift cloud complex at d ~ 260 pc. We detect a total of 541 starless cores in the entire ~11 deg^2 area of the field imaged at 70-500 micron with SPIRE/PACS. Most of these cores appear to be gravitationally bound, and thus prestellar in nature. Our Herschel results confirm that the shape of the prestellar CMF resembles the stellar IMF, with much higher quality statistics than earlier submillimeter continuum ground-based surveys.

A key parameter to the description of all star formation processes is the density structure of the gas. In this Letter, we make use of probability distribution functions (PDFs) of Herschel column density maps of Orion B, Aquila, and Polaris, obtained with the Herschel Gould Belt survey (HGBS). We aim to understand which physical processes influence the PDF shape, and with which signatures. The PDFs of Orion B (Aquila) show a lognormal distribution for low column densities until AV ∼ 3 (6), and a power-law tail for high column densities, consistent with a ρ∝r−2 profile for the equivalent spherical density distribution. The PDF of Orion B is broadened by external compression due to the nearby OB stellar aggregates. The PDF of a quiescent subregion of the non-star-forming Polaris cloud is nearly lognormal, indicating that supersonic turbulence governs the density distribution. But we also observe a deviation from the lognormal shape at AV > 1 for a subregion in Polaris that includes a prominent filament. We conclude that (1) the point where the PDF deviates from the lognormal form does not trace a universal AV -threshold for star formation, (2) statistical density fluctuations, intermittency, and magnetic fields can cause excess from the lognormal PDF at an early cloud formation stage, (3) core formation and/or global collapse of filaments and a non-isothermal gas distribution lead to a power-law tail, and (4) external compression broadens the column density PDF, consistent with numerical simulations.

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.