[論文レビュー] New observational frontiers in the multiplicity of young stars

Gaspard Duchêne, Eduardo Delgado-Donate+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、若年低質量星の多重性に関する観測的進展をレビューし、T Tauri星と深く埋め込まれた原始星に焦点を当て、コアの破壊を模擬する数値シミュレーションを提示する。若年星系は環境に依存しない高い多重性率を示しており、これは現在のシミュレーションが予測する環境依存性の強さや、低結合エネルギー系の頻繁な破壊とは矛盾する。

ABSTRACT

It has now been known for over a decade that low-mass stars located in star-forming regions are very frequently members of binary and multiple systems, even more so than main sequence stars in the solar neighborhood. This high multiplicity rate has been interpreted as the consequence of the fragmentation of small molecular cores into a few seed objects that accrete to their final mass from the remaining material and dynamically evolve into stable multiple systems, possibly producing a few ejecta in the process. Analyzing the statistical properties of young multiple systems in a variety of environments therefore represents a powerful approach to place stringent constraints on star formation theories. In this contribution, we first review a number of recent results related to the multiplicity of T Tauri stars. We then present a series of studies focusing on the multiplicity and properties of optically-undetected, heavily embedded protostars. These objects are much younger than the previously studied pre-main sequence stars, and they therefore offer a closer look at the primordial population of multiple systems. In addition to these observational avenues, we present new results of a series of numerical simulations that attempt to reproduce the fragmentation of small molecular cores into multiple systems, and compare these results to the observations.

研究の動機と目的

• 若年低質量星の多重性率、特にT Tauri星集団および近隣の星集団における理解を更新すること。
• 光学的に検出不能な深く埋め込まれた原始星の多重性を調査し、多重系形成の初期段階を解明すること。
• 観測された多重性統計と、プレスターラルコアの破壊および動的進化を模擬した数値シミュレーションを比較すること。
• シミュレーションと観測の間の乖離、例えば環境にかかわらず一様な多重性と低結合エネルギー系の生存といった点を特定し、星形成理論における未解決の問いを浮き彫りにすること。

提案手法

• Taurus-Auriga、Ophiuchus、OrionにおけるT Tauri星および近隣の共動星集団を含む若年星集団における視覚的および分光的二重星の統計的調査を実施する。
• 高分解能赤外および電波干渉計観測を用いて、密に束ねられた深く埋め込まれた原始星を検出し、特徴を特定する。
• スムージング粒子法（SPH）およびスinksを備えたグリッドベースのコードを用いて、プレスターラルコアの崩壊と破壊を模擬する数値シミュレーションを実行する。
• シミュレーションされた多重性特性（例：頻度、結合エネルギー、階層的構造）を、若年系における観測分布と比較する。
• 最新のシミュレーションにおいて、ジェットからのフィードバックおよび光電離効果といった物理的要因を組み込み、現実性を高める。
• Class 0–I–II–III原始星の進化系列を分析し、多重性が初期の動的進化段階で破壊されるかどうかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ深く埋め込まれた原始星は、数値シミュレーションの予測とは異なり、さまざまな環境で一様な多重性率を示すのか？
• RQ2 なぜ低結合エネルギーの多重系が観測では生存しているのか、これは通常のコア崩壊シミュレーションでは破壊されると予想されるためである。
• RQ3 なぜ数千年AUスケールで4～5個以上の星の集団が観測では存在しないのか、これはコア破壊シミュレーションでは一般的に予測されるにもかかわらずである。
• RQ4 星形成領域における動的相互作用およびフィードバックプロセスが、若年星系の初期多重性関数にどの程度の影響を及ぼすのか？
• RQ5 低密度雲と高密度クラスタにおける若年星の多重性特性はどのように異なり、星形成の初期条件に何を示唆するのか？

主な発見

• 若年低質量星の多重性率は高く、環境によって一貫している。深く埋め込まれた原始星は、環境要因に顕著な依存性を示さない。
• 若年多重系の顕著な割合が低結合エネルギー系であることが判明しており、これは現在の数値シミュレーションではほとんど安定しない。
• 観測では、数千年AUスケールで4～5個以上の星を持つ系が欠落しており、これはコア破壊シミュレーションの予測とは矛盾する。
• 赤外線伴星を有するT Tauri二重星のような、複数の進化段階が混在する系の存在は、早期の星形成段階で急速な動的進化や段階遷移が起こっている可能性を示唆する。
• 電波干渉計および高分解能赤外イメージングは、最も若い深く埋め込まれた原始星を検出し、密な多重系を解像するために不可欠である。
• コア崩壊および破壊の数値シミュレーションは、多重性に強い環境依存性を予測するが、観測データはこの傾向を支持せず、理論的モデリングにギャップがあることを示唆する。