[論文レビュー] Multiplicity and clustering in Taurus star forming region. II. From ultra-wide pairs to dense NESTs

Isabelle Joncour, Gaspard Duchêne+2 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Sep 7, 2018

Molecular Spectroscopy and Structure参考文献 78被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、相関関数とk近傍者統計を用いてパラメータを設定したDBSCAN階層的クラスタリング法を用い、おおむね2パーセク間隔で規則正しく配置され、ガスのフィラメントに沿って整列している、20個の密集したコンパクトな星の構造（NESTS：Nested Elementary STructures）を、タウルス星形成領域で同定した。星の集団のほぼ半数（45%）がこれらのNESTSに存在しており、これらはクラスIの若い星の対象の75%を宿している。これは、超広い二重星と散らばったグループの間の中間スケールで、星形成が進行中の主要な場所であることを示している。

ABSTRACT

Multiplicity and clustering of young pre-main sequence stars appear as critical clues to constrain the star formation process. Taurus is the archetypical example of the most quiescent star forming regions that may still retain primeval signatures of star formation. This work identifies local overdense stellar structures at the 99.8\% confidence level above random expectation using the DBSCAN algorithm, and setting its free parameters based on the one-point correlation function and the k-nearest neighbor statistics. Nearly half of the entire stellar population in Taurus is found to be concentrated in 20 dense, tiny and prolate regions called NESTs (for Nested Elementary STructures). They are regularly spaced ($\approx 2$ pc) and mainly oriented along the gas filaments axes. Each NEST contains between 4 and 23 stars. Inside NESTs, the surface density of stars may be as high as 2500 pc$^{-2}$. Nearly half (11) of these NESTs contain about 75\% of the class 0/I objects. The balance between Class I, II, and, III fraction within the NESTs suggests that they may be ordered as an evolutionary temporal scheme. We have inferred that only 20\% of stars in Taurus do not belong to any kind of stellar groups. The mass of NESTs covers the same range as that of dense molecular cores. The distribution in size is bimodal peaking at 12.5 and 50 kAU and the distribution of the number of YSOs in NESTs as a function of size exhibits two regimes. We propose that the NESTs in their two size regimes represent the spatial imprints of stellar distribution at birth as they may have emerged within few millions years from their natal cloud either from a single core or from a chain of cores. We have identified them as the preferred sites of star formation in Taurus. These NESTs are the regions of highest stellar density and intermediate spatial scale structures between ultra-wide pairs and loose groups.

研究の動機と目的

• タウルス星形成領域において、超広い二重星と散らばったグループの間の中間スケールの星の過剰密度を同定すること。
• これらの過剰密度が星形成プロセスの原始的痕跡を示しているかどうかを特定すること。
• 若い星の対象（YSOs）の進化系列におけるこれらの構造の役割を評価すること。
• NESTSに含まれる星の割合と、孤立または緩い結合系にいる星の割合を定量すること。
• サイズ、密度、質量、空間的分布を含むNESTSの物理的性質を調査すること。

提案手法

• 338個のタウルス領域のメンバー星の天球上での空間的分布に、DBSCAN密度ベースのクラスタリング法を適用した。
• 1点相関関数と累積k近傍者距離統計を用いて、DBSCANの2つの自由パラメータ（epsとminPts）をキャリブレーションし、ランダムな背景に比べて99.8%の検出有意水準を達成した。
• 1kAU以内に存在する星を1つの複数星系としてグループ化し、多重性とクラスタリングを区別した。
• 表面密度が高く（最大2500 pc⁻²）、中央の離心率の中央値が0.9である20の過剰密度構造（NESTS）を同定した。これは、棒状の形状を示している。
• サイズ、質量、YSOの数、クラス分布（クラス0、I、II、III）の統計的分析を通じてNESTSを特徴づけた。
• ボンナー＝エーベル質量-サイズ関係を用い、観測されたNESTSを重力的崩壊の理論的期待値と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タウルスにおいて、超広い二重星と散らばったグループの間の中間スケールの星の構造は何か。空間的分布はどのようになっているか。
• RQ2 同定されたNESTSは、若い埋蔵星（クラスIおよびクラス0）の割合を著しく多く含むか。
• RQ3 YSOクラスの分布が示唆するように、NESTS内に時間的または進化的順序があるか。
• RQ4 NESTSの物理的性質（サイズ、質量、密度）は、重力的崩壊の理論的モデルとどのように比較されるか。
• RQ5 タウルスに存在する星のうち、真に孤立しているのはどの程度の割合であり、多重性やクラスタリングとどのように関係しているか。

主な発見

• タウルスの全星の約45%が、1つのNESTSに集中しており、NESTSの中央値は1つあたり5〜6顆、最大で23顆である。
• NESTS内の表面密度は最大で2500 pc⁻²に達し、平均は340 pc⁻²である。これは、N体シミュレーションで観測された二重星の性質を再現するために必要な初期の部分構造密度と一致する。
• 20個のNESTSのうち11個が、クラス0およびクラスIの若い星の対象の75%を占めている。これは、これらが現在進行中の星形成の主要な場所であることを示している。
• NESTSのサイズ分布は二峰性を示し、ピークは12.5 kAUおよび50 kAUに位置しており、2つの異なる形成メカニズムまたは進化段階を示唆している。
• NESTSの質量-サイズ関係は、ボンナー＝エーベルの期待値とよく一致しており、これは密集した分子核の重力的崩壊に起因する構造の起源を支持する。
• タウルスに存在する星のうち、20%のみが、いかなる複数星系、超広い二重星、またはNESTSにも属していない。これは、星の多くが集団環境で生まれることを示している。