We present an SPH parameter study of the dynamical effect of photoionization from O--type stars on star--forming clouds of a range of masses and sizes during the time window before supernovae explode. Our model clouds all have the same degree of turbulent support initially, the ratio of turbulent kinetic energy to gravitational potential energy being set to $E_{\rm kin}/|E_{\rm pot}|$=0.7. We allow the clouds to form stars and study the dynamical effects of the ionizing radiation from the massive stars or clusters born within them. We find that dense filamentary structures and accretion flows limit the quantities of gas that can be ionized, particularly in the higher density clusters. More importantly, the higher escape velocities in our more massive (10$^{6}$M$_{\odot}$) clouds prevent the HII regions from sweeping up and expelling significant quantities of gas, so that the most massive clouds are largely dynamically unaffected by ionizing feedback. However, feedback has a profound effect on the lower--density 10$^{4}$ and 10$^{5}$M$_{\odot}$ clouds in our study, creating vast evacuated bubbles and expelling tens of percent of the neutral gas in the 3Myr timescale before the first supernovae are expected to detonate, resulting in clouds highly porous to both photons and supernova ejecta.

We model the combined effects of photoionization and momentum--driven winds from O--stars on molecular clouds spanning a parameter space of initial conditions. The dynamical effects of the winds are very modest. However, in the lower--mass clouds, they influence the morphologies of the HII regions by creating 10pc--scale central cavities.\\ The inhomogeneous structures of the model GMCs make them highly permeable to photons, ionized gas and supernova ejecta, and the leaking of ionized gas in particular strongly affects their evolution, reducing the effectiveness of feedback. Nevertheless, feedback is able to expel large fractions of the mass of the lower escape--velocity clouds. Its impact on star formation is more modest, decreasing final star formation efficiencies by 10--20$\%$, and the rate of change of the star formation efficiency per freefall time by about one third. However, the clouds still form stars substantially faster than observed GMCs.

We recently proposed that the star-forming potential of dense molecular clouds in the Central Molecular Zone (CMZ, i.e. the central few 100 pc) of the Milky Way is linked to their orbital dynamics, potentially giving rise to an absolute-time sequence of star-forming clouds. In this paper, we present an orbital model for the gas stream(s) observed in the CMZ. The model is obtained by integrating orbits in the observed gravitational potential and represents a good fit to the distribution of dense gas, reproducing all of its key properties. The orbit is also consistent with observational constraints not included in the fitting process, such as the velocities of Sgr B2 and the Arches and Quintuplet clusters. It differs from previous models: (1) the orbit is open rather than closed due to the extended mass distribution in the CMZ, (2) its orbital velocity is twice as high as in previous models, and (3) Sgr A$^*$ coincides with the focus of the (eccentric) orbit rather than being offset. Our orbital solution supports the scenario in which the dust ridge between G0.253+0.016 ('the Brick') and Sgr B2 represents an absolute-time sequence of star-forming clouds, triggered by the tidal compression during their recent pericentre passage. We position the clouds on a common timeline and find that their pericentre passages occurred 0.30-0.74 Myr ago. Given their short free-fall times (0.3-0.4 Myr), the quiescent cloud G0.253+0.016 and the vigorously star-forming complex Sgr B2 are separated by a single free-fall time of evolution, implying that star formation proceeds rapidly once collapse has been initiated. We provide several quantitative predictions of our model and conclude with a discussion of the model in the Galactic context, highlighting its relation to large-scale gas accretion, the dynamics of the bar, the $x_2$ orbital family, and the origin of the Arches and Quintuplet clusters. (Abridged)

Using spectral-line observations of HNCO, N2H+, and HNC, we investigate the kinematics of dense gas in the central ~250 pc of the Galaxy. We present SCOUSE (Semi-automated multi-COmponent Universal Spectral-line fitting Engine), a line fitting algorithm designed to analyse large volumes of spectral-line data efficiently and systematically. Unlike techniques which do not account for complex line profiles, SCOUSE accurately describes the {l, b, v_LSR} distribution of CMZ gas, which is asymmetric about Sgr A* in both position and velocity. Velocity dispersions range from 2.6 km/s<\sigma<53.1 km/s. A median dispersion of 9.8 km/s, translates to a Mach number, M_3D>28. The gas is distributed throughout several "streams", with projected lengths ~100-250 pc. We link the streams to individual clouds and sub-regions, including Sgr C, the 20 and 50 km/s clouds, the dust ridge, and Sgr B2. Shell-like emission features can be explained by the projection of independent molecular clouds in Sgr C and the newly identified conical profile of Sgr B2 in {l ,b, v_LSR} space. These features have previously invoked supernova-driven shells and cloud-cloud collisions as explanations. We instead caution against structure identification in velocity-integrated emission maps. Three geometries describing the 3-D structure of the CMZ are investigated: i) two spiral arms; ii) a closed elliptical orbit; iii) an open stream. While two spiral arms and an open stream qualitatively reproduce the gas distribution, the most recent parameterisation of the closed elliptical orbit does not. Finally, we discuss how proper motion measurements of masers can distinguish between these geometries, and suggest that this effort should be focused on the 20 km/s and 50 km/s clouds and Sgr C.

The Galactic center is the closest region in which we can study star formation under extreme physical conditions like those in high-redshift galaxies. We measure the temperature of the dense gas in the central molecular zone (CMZ) and examine what drives it. We mapped the inner 300 pc of the CMZ in the temperature-sensitive J = 3-2 para-formaldehyde (p-H$_2$CO) transitions. We used the $3_{2,1} - 2_{2,0} / 3_{0,3} - 2_{0,2}$ line ratio to determine the gas temperature in $n \sim 10^4 - 10^5 $cm$^{-3}$ gas. We have produced temperature maps and cubes with 30" and 1 km/s resolution and published all data in FITS form. Dense gas temperatures in the Galactic center range from ~60 K to > 100 K in selected regions. The highest gas temperatures T_G > 100 K are observed around the Sgr B2 cores, in the extended Sgr B2 cloud, the 20 km/s and 50 km/s clouds, and in "The Brick" (G0.253+0.016). We infer an upper limit on the cosmic ray ionization rate ${\zeta}_{CR} < 10^{-14}$ 1/s. The dense molecular gas temperature of the region around our Galactic center is similar to values found in the central regions of other galaxies, in particular starburst systems. The gas temperature is uniformly higher than the dust temperature, confirming that dust is a coolant in the dense gas. Turbulent heating can readily explain the observed temperatures given the observed line widths. Cosmic rays cannot explain the observed variation in gas temperatures, so CMZ dense gas temperatures are not dominated by cosmic ray heating. The gas temperatures previously observed to be high in the inner ~75 pc are confirmed to be high in the entire CMZ.

In this paper we provide a comprehensive description of the internal dynamics of G0.253+0.016 (a.k.a. 'the Brick'); one of the most massive and dense molecular clouds in the Galaxy to lack signatures of widespread star formation. As a potential host to a future generation of high-mass stars, understanding largely quiescent molecular clouds like G0.253+0.016 is of critical importance. In this paper, we reanalyse Atacama Large Millimeter Array cycle 0 HNCO $J=4(0,4)-3(0,3)$ data at 3 mm, using two new pieces of software which we make available to the community. First, scousepy, a Python implementation of the spectral line fitting algorithm scouse. Secondly, acorns (Agglomerative Clustering for ORganising Nested Structures), a hierarchical n-dimensional clustering algorithm designed for use with discrete spectroscopic data. Together, these tools provide an unbiased measurement of the line of sight velocity dispersion in this cloud, $\sigma_{v_{los}, {\rm 1D}}=4.4\pm2.1$ kms$^{-1}$, which is somewhat larger than predicted by velocity dispersion-size relations for the Central Molecular Zone (CMZ). The dispersion of centroid velocities in the plane of the sky are comparable, yielding $\sigma_{v_{los}, {\rm 1D}}/\sigma_{v_{pos}, {\rm 1D}}\sim1.2\pm0.3$. This isotropy may indicate that the line-of-sight extent of the cloud is approximately equivalent to that in the plane of the sky. Combining our kinematic decomposition with radiative transfer modelling we conclude that G0.253+0.016 is not a single, coherent, and centrally-condensed molecular cloud; 'the Brick' is not a \emph{brick}. Instead, G0.253+0.016 is a dynamically complex and hierarchically-structured molecular cloud whose morphology is consistent with the influence of the orbital dynamics and shear in the CMZ.

The evolution of molecular clouds in galactic centres is thought to differ from that in galactic discs due to a significant influence of the external gravitational potential. We present a set of numerical simulations of molecular clouds orbiting on the 100-pc stream of the Central Molecular Zone (the central $\sim500$ pc of the Galaxy) and characterise their morphological and kinematic evolution in response to the background potential and eccentric orbital motion. We find that the clouds are shaped by strong shear and torques, by tidal and geometric deformation, and by their passage through the orbital pericentre. Within our simulations, these mechanisms control cloud sizes, aspect ratios, position angles, filamentary structure, column densities, velocity dispersions, line-of-sight velocity gradients, spin angular momenta, and kinematic complexity. By comparing these predictions to observations of clouds on the Galactic Centre 'dust ridge', we find that our simulations naturally reproduce a broad range of key observed morphological and kinematic features, which can be explained in terms of well-understood physical mechanisms. We argue that the accretion of gas clouds onto the central regions of galaxies, where the rotation curve turns over and the tidal field is fully compressive, is accompanied by transformative dynamical changes to the clouds, leading to collapse and star formation. This can generate an evolutionary progression of cloud collapse with a common starting point, which either marks the time of accretion onto the tidally-compressive region or of the most recent pericentre passage. Together, these processes may naturally produce the synchronised starbursts observed in numerous (extra)galactic nuclei.

Most stars form in a clustered environment. Therefore, it is important to assess how this environment influences the evolution of protoplanetary discs around young stars. In turn, this affects their ability to produce planets and ultimately life. We present here for the first time 3D smoothed particle hydrodynamics/N-body simulations that include both the hydrodynamical evolution of the discs around their natal stars, as well as the dynamics of the stars themselves. The discs are viscously evolving, accreting mass on to the central star and spreading. We find penetrating encounters to be very destructive for the discs as in previous studies, although the frequency of such encounters is low. We also find, however, that encounter influence the disc radii more strongly than other disc properties such as the disc mass. The disc sizes are set by the competition between viscous spreading and the disruptive effect of encounters. As discs spread, encounters become more and more important. In the regime of rapid spreading, encounters simply truncate the discs, stripping the outer portions. In the opposite regime, we find that the effect of many distant encounters is able to limit the disc size. Finally, we predict from our simulations that disc sizes are limited by encounters at stellar densities exceeding ∼2–3 × 103 pc−2.

We present MUSE integral field data of two HII region complexes in the Large Magellanic Cloud (LMC), N44 and N180. Both regions consist of a main superbubble and a number of smaller, more compact HII regions that formed on the edge of the superbubble. For a total of 11 HII regions, we systematically analyse the radiative and mechanical feedback from the massive O-type stars on the surrounding gas. We exploit the integral field property of the data and the coverage of the HeII$\lambda$5412 line to identify and classify the feedback-driving massive stars, and from the estimated spectral types and luminosity classes we determine the stellar radiative output in terms of the ionising photon flux $Q_{0}$. We characterise the HII regions in terms of their sizes, morphologies, ionisation structure, luminosity and kinematics, and derive oxygen abundances via emission line ratios. We analyse the role of different stellar feedback mechanisms for each region by measuring the direct radiation pressure, the pressure of the ionised gas, and the pressure of the shock-heated winds. We find that stellar winds and ionised gas are the main drivers of HII region expansion in our sample, while the direct radiation pressure is up to three orders of magnitude lower than the other terms. We relate the total pressure to the star formation rate per unit area, $\Sigma_{SFR}$, for each region and find that stellar feedback has a negative effect on star formation, and sets an upper limit to $\Sigma_{SFR}$ as a function of increasing pressure.

We present new JVLA observations of the high-mass cluster-forming region W51A from 2 to 16 GHz with resolution ${\theta}_{fwhm} \approx$ 0.3 - 0.5". The data reveal a wealth of observational results: (1) Currently-forming, very massive (proto-O) stars are traced by o-H2CO $2_{1,1}-2_{1,2}$ emission, suggesting that this line can be used efficiently as a massive protostar tracer. (2) There is a spatially distributed population of $\sim$mJy continuum sources, including hypercompact H ii regions and candidate colliding wind binaries, in and around the W51 proto-clusters. (3) There are two clearly detected protoclusters, W51e and W51 IRS2, that are gas-rich but may have most of their mass in stars within their inner $\sim$ 0.05 pc. The majority of the bolometric luminosity in W51 most likely comes from a third population of OB stars between these clusters. The presence of a substantial population of exposed O-stars coincident with a population of still-forming massive stars, along with a direct measurement of the low mass loss rate via ionized gas outflow from W51 IRS2, together imply that feedback is ineffective at halting star formation in massive protoclusters. Instead, feedback may shut off the large-scale accretion of diffuse gas onto the W51 protoclusters, implying that they are evolving towards a state of gas exhaustion rather than gas expulsion. Recent theoretical models predict gas exhaustion to be a necessary step in the formation of gravitationally bound stellar clusters, and our results provide an observational validation of this process.