[論文レビュー] Disks around Young O-B (Proto)Stars: Observations and Theory

R. Cesaroni, Daniele Galli+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、若い高質量（原始）星の周囲の降着円盤に関する観測と理論的モデルをレビューし、降着円盤が形成過程における放射圧を克服するために不可欠であると提唱している。円盤は、質量が約20 M⊙までの原始星の周囲で一般的に見られ、重力不安定性を示しているが、より明るいO型星の周囲には明確な円盤は観測されておらず、これは円盤が短絡されているか、または巨大なトロイダル構造に隠されている可能性を示唆している。

ABSTRACT

Disks are a natural outcome of the star formation process in which they play a crucial role. Luminous, massive stars of spectral type earlier than B4 are likely to be those that benefit most from the existence of accretion disks, which may significantly reduce the effect of radiation pressure on the accreting material. The scope of the present contribution is to review the current knowledge about disks in young high-mass (proto)stars and discuss their implications. The issues of disk stability and lifetime are also discussed. We conclude that for protostars of less than ~20 solar masses, disks with mass comparable to that of the central star are common. Above this limit the situation is unclear and there are no good examples of proto O4-O8 stars surrounded by accretion disks: in these objects only huge, massive, toroidal, non-equilibrium rotating structures are seen. It is clear on the other hand that the observed disks in stars of 10-20 solar masses are likely to be unstable and with short lifetimes.

研究の動機と目的

• 若年期の高質量（原始）星の周囲の降着円盤に関する現在の観測的および理論的理解を評価すること。
• 円盤が高質量星形成過程における放射圧を克服する上で重要な役割を果たしているかどうかを調査すること。
• 特にO型星に関して、円盤の安定性、寿命、観測的課題を評価すること。
• 集団の潮汐場や光蒸発といった環境要因が円盤の進化に与える影響を検討すること。
• O型星の周囲で観測された円盤の欠如が、円盤の非存在を示唆するのか、それとも観測的制限に起因するのかを特定すること。

提案手法

• CO倍振動帯やダスト放射を含む、高質量原始星のミリ波および赤外線観測を分析し、円盤の存在と構造を推定する。
• トゥームル基準と円盤質量対星質量比を用いて、重力不安定性およびらせん波の発展を含む円盤安定性の理論的モデルを適用する。
• 粘性降着時効とケルビン＝ヘルムホルツ時効および自由落下時効を比較することで、円盤進化を評価する。
• プラマーの集団ポテンシャルを用いて潮汐破壊効果をモデル化し、集団の速度分散と密度に基づいて円盤半径の上限を推定する。
• 星質量に応じた降着率と明るさを比較し、約8 M⊙の閾値で円盤の挙動に変化が生じることを特定する。
• IRAS 20126+4104をモデル例として、ケプラー回転、摺り上げられる噴流、二重星系の力学的挙動を研究する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年期の高質量（原始）星の周囲に降着円盤が存在するのか。その存在を裏付ける証拠は何か。
• RQ2 星質量に応じて円盤の安定性と寿命はどのように変化するのか。特に10–20 M⊙以上の場合にどうなるか。
• RQ3 理論的には円盤補助降着が期待されるにもかかわらず、なぜO型星の周囲には明確な円盤が観測されないのか。
• RQ4 集団の潮汐場や光蒸発といった環境要因が、円盤の生存にどの程度影響を与えるか。
• RQ5 O型星の周囲で観測された巨大で非平衡状態のトロイダル構造は、不安定な円盤の残渣または前身である可能性はあるか。

主な発見

• 質量が20 M⊙未満の原始星の周囲では、中心星と同等の質量を持つ円盤が一般的に見られ、高質量星形成における円盤降着が実現可能であることを示唆している。
• 10–20 M⊙の原始星の周囲の円盤は重力不安定性を示しており、らせん密度波を発展させる可能性が高く、標準的なα円盤モデルを上回る角運動量輸送を促進する可能性がある。
• O4–O8の原始星の周囲には明確な降着円盤は観測されておらず、代わりに巨大で非平衡状態のトロイダル構造が観測されている。
• オリオン・トラペジウムのような高密度集団の潮汐効果により、円盤は半径約3500 AUで短絡される可能性があり、円盤の検出可能性が制限される可能性がある。
• 光蒸発の時効は円盤の消失を説明するには長すぎるため、潮汐短絡や急速な降着といった代替メカニズムが支配的である可能性がある。
• O型星の周囲で円盤が観測されないのは、観測バイアスや機器の限界、あるいは円盤の抑制に起因する可能性があり、競合的降着や合体といった代替形成メカニズムの可能性が残されている。