[論文レビュー] Multiple protostellar systems. I. A deep near infrared survey of Taurus and Ophiuchus protostellar objects

Gaspard Duchêne, J. Bouvier+3 more|ArXiv.org|Jul 22, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用数 83

ひとこと要約

本研究では、おうし座とへび座で63個の埋蔵された原始星を対象とした深さのある近赤外線サーベイを実施し、110–1400 AUの分離距離を有するシステムにおける連星星の割合が27% ± 6%であることを明らかにした。これは太陽系近傍のG型主系列星で観測された頻度の2倍である。結果から、星形成過程においてコアの動的破壊が複数の原始星系を生じる一般的な結果であることが示され、これらの領域では初期条件や環境的条件にかかわらず多重性率がほとんど変化しないことが判明した。

ABSTRACT

(Abridged) We performed a deep infrared imaging survey of 63 embedded young stellar objects (YSOs) located in the Taurus and Ophiuchus clouds to search for companions. The sample includes Class I and flat infrared spectrum protostellar objects. We find 17 companions physically bound to 15 YSOs with angular separations in the range 0.8-10" (110-1400 AU) and derive a companion star fraction of 23+/-9 % and 29+/-7 % for embedded YSOs in Taurus and Ophiuchus, respectively. In spite of different properties of the clouds and especially of the prestellar cores, the fraction of wide companions, 27+/-6 % for the combined sample, is identical in the two star-forming regions. This suggests that the frequency and properties of wide multiple protostellar systems are not very sensitive to specific initial conditions. Comparing the companion star fraction of the youngest YSOs still surrounded by extended envelopes to that of more evolved YSOs, we find evidence for a possible evolution of the fraction of wide multiple systems, which seems to decrease by a factor of about 2 on a timescale of about 10^5 yr. Somewhat contrary to model predictions, we do not find evidence for a sub-clustering of embedded sources at this stage on a scale of a few 100 AU that could be related to the formation of small-N protostellar clusters. Possible interpretations for this discrepancy are discussed.

研究の動機と目的

• おうし座（静穏で低密度）とへび座（高密度でクラスタ形成中）という2つの対照的な星形成領域における、深く埋蔵された原始星の多重性頻度を測定すること。
• 広い多重原始星系の性質が、初期のプレ星形成コアの状態や環境密度に依存するかどうかを評価すること。
• 拡張したエンvelopeを持つ原始星（クラス0/I YSO）と、より進化したクラスI/II/IIIの源を比較することで、埋蔵段階における多重性の進化を調査すること。
• 分子雲の崩壊を模擬した数値シミュレーションの予測を、約100 AUスケールでの観測された準集団構造と照合して検証すること。
• 初期の原始星系に準集団の兆候が見られるかどうかを調査し、崩壊過程で小規模なN集団が形成される可能性を検討すること。

提案手法

• カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡およびESOのニュー・テクノロジー望遠鏡を用いて、微弱な連星星を検出可能な深さのある近赤外線撮影（J、H、Kバンド）を実施した。
• おうし座とへび座の63個のクラスIおよびフラットスペクトル原始星を対象とし、埋蔵されたYSO集団を代表するように選定した。
• 検出された連星星の角距離およびフラックス比を測定し、物理的分離距離および放射輝度比を特定した。
• コア破壊に関連する広い多重系に注目するため、分離距離範囲を0.8–10″（110–1400 AU）に定めた。
• ポisson統計を用いて誤差推定を行い、両領域のサンプルを統合して連星星割合を計算した。
• ミリ波長での拡張したエンvelopeを持つYSOと持たないYSOの多重性率を比較し、進化の傾向を推測した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 おうし座とへび座の星形成領域における、広い多重原始星系（分離距離110–1400 AU）の頻度は何か？
• RQ2 低密度のおうし座と高密度のへび座における埋蔵されたYSOの多重性頻度はどのように異なり、これは環境依存性に何を示唆するか？
• RQ3 埋蔵段階において、原始星系の多重性頻度は、エンvelopeが蒸発するに従って変化するか？
• RQ4 100 AU前後のスケールで、おうし座とへび座の埋蔵された原始星は、いくつかのシミュレーションが予測するように準集団を形成しているか？
• RQ5 観測された多重性特性は、プレ星形成コアの崩壊を模擬した数値シミュレーションの予測とどの程度一致するか？

主な発見

• おうし座の埋蔵されたYSOにおける連星星割合は23% ± 9%、へび座では29% ± 7%であり、両領域を統合した割合は27% ± 6%であった。
• この多重性率は、同じ分離距離範囲で太陽系近傍のG型主系列星で観測された頻度のおよそ2倍である。
• おうし座とへび座の間でプレ星形成コアのサイズ、形状、平均星の密度に顕著な違いがあるにもかかわらず、両領域の埋蔵されたシステムの多重性特性は統計的に同一であった。
• 埋蔵段階の約10⁵年という timescale で、広い多重系の割合は約2倍に減少しているように見えることから、広い系は急速に破壊されている可能性がある。
• 数百年AUスケールで埋蔵されたYSOに準集団の兆候は認められず、一部のグローバルな雲の崩壊シミュレーションの予測とは矛盾する。
• 初期条件や環境的条件が著しく異なるにもかかわらず、多重性の結果が類似していることから、原始星の多重性は主に大域的または初期条件ではなく、局所的な動的プロセスによって支配されていると考えられる。