Abstract The physical and chemical properties of cold and dense molecular clouds are key to understanding how stars form. Using the IRAM 30 m and NRO 45 m telescopes, we carried out a Multiwavelength line-Imaging survey of the 70 μ m-dArk and bright clOuds (MIAO). At a linear resolution of 0.1–0.5 pc, this work presents a detailed study of parsec-scale CO depletion and HCO + deuterium (D-) fractionation toward four sources (G11.38+0.81, G15.22–0.43, G14.49–0.13, and G34.74–0.12) included in our full sample. In each source with T < 20 K and n H ∼ 10 4 –10 5 cm −3 , we compared pairs of neighboring 70 μ m bright and dark clumps and found that (1) the H 2 column density and dust temperature of each source show strong spatial anticorrelation; (2) the spatial distribution of CO isotopologue lines and dense gas tracers, such as 1–0 lines of H 13 CO + and DCO + , are anticorrelated; (3) the abundance ratio between C 18 O and DCO + shows a strong correlation with the source temperature; (4) both the C 18 O depletion factor and D-fraction of HCO + show a robust decrease from younger clumps to more evolved clumps by a factor of more than 3; and (5) preliminary chemical modeling indicates that chemical ages of our sources are ∼8 × 10 4 yr, which is comparable to their free-fall timescales and smaller than their contraction timescales, indicating that our sources are likely dynamically and chemically young.

Context. The atomic phase of the interstellar medium plays a key role in the formation process of molecular clouds. Due to the line-of-sight confusion in the Galactic plane that is associated with its ubiquity, atomic hydrogen emission has been challenging to study. Aims. We investigate the physical properties of the “Maggie” filament, a large-scale filament identified in H I emission at line-of-sight velocities, v LSR ~−54 km s −1 . Methods. Employing the high-angular resolution data from The H I /OH Recombination line survey of the inner Milky Way (THOR), we have been able to study H I emission features at negative v LSR velocities without any line-of-sight confusion due to the kinematic distance ambiguity in the first Galactic quadrant. In order to investigate the kinematic structure, we decomposed the emission spectra using the automated Gaussian fitting algorithm G AUSS P Y +. Results. We identify one of the largest, coherent, mostly atomic H I filaments in the Milky Way. The giant atomic filament Maggie, with a total length of 1.2 ± 0.1 kpc, is not detected in most other tracers, and it does not show signs of active star formation. At a kinematic distance of 17 kpc, Maggie is situated below (by ≈500 pc), but parallel to, the Galactic H I disk and is trailing the predicted location of the Outer Arm by 5−10 km s −1 in longitude-velocity space. The centroid velocity exhibits a smooth gradient of less than ±3 km s −1 (10 pc) −1 and a coherent structure to within ±6 km s −1 . The line widths of ~10 km s −1 along the spine of the filament are dominated by nonthermal effects. After correcting for optical depth effects, the mass of Maggie’s dense spine is estimated to be 7.2 −1.9 +2.5 × 10 5 M ⊙ . The mean number density of the filament is ~4 cm −3 , which is best explained by the filament being a mix of cold and warm neutral gas. In contrast to molecular filaments, the turbulent Mach number and velocity structure function suggest that Maggie is driven by transonic to moderately supersonic velocities that are likely associated with the Galactic potential rather than being subject to the effects of self-gravity or stellar feedback. The probability density function of the column density displays a log-normal shape around a mean of ⟨ N H I ⟩ = 4.8 × 10 20 cm −2 , thus reflecting the absence of dominating effects of gravitational contraction. Conclusions. While Maggie’s origin remains unclear, we hypothesize that Maggie could be the first in a class of atomic clouds that are the precursors of giant molecular filaments.