[論文レビュー] POISSON project - I - Emission lines as accretion tracers in young stellar objects: results from observations of Chamaeleon I and II sources

S. Antoniucci, R. García López+9 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Aug 12, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 76被引用数 42

ひとこと要約

本研究は、シャマレオンIおよびIIの47個の若い星形成対象（YSO）の低分解能光学的・近赤外分光法（0.6–2.4 μm）を分析し、吸収線が質量降着のトレーサーとして信頼できるかを評価する。5つのトレーサー（Br γ、Pa β、H α、Ca II λ8542、[O I] λ6300）を用いて、Br γが最も一貫性があり散乱が少ない降着光度推定値を提供することが判明。降着質量率は10⁻⁷から10⁻⁹ M☉ yr⁻¹の範囲にあり、M*²にほぼ比例し、異なる励起機構を持つ2つの明確に異なるH i発光モードが特定された。

ABSTRACT

We present the results of the analysis of LR optical-NIR spectra (0.6-2.4 um) of a sample 47 YSOs in the ChaI and II star-forming clouds. These data are part of the POISSON project (Protostellar Optical-Infrared Spectral Survey on NTT). The aim is to determine the accretion luminosity (Lacc) and mass accretion rate (Macc) of the sources through the analysis of the detected emission features. We also aim at verifying the reliability and consistency of the existing empirical relationships connecting emission line luminosity and Lacc. We employ five tracers (OI-6300A, Ha, CaII-8542A, Pab, and Brg) to derive the accretion luminosity. The tracers provide Lacc values showing different scatters when plotted as a function of L*. The Brg seems to be the most reliable, because it gives the minimum Lacc dispersion over the entire range of L*, whereas the other tracers provide much more scattered Lacc values, which are not expected for our homogeneous sample. The comparison between Lacc(Brg) and Lacc obtained from the other tracers also shows systematic differences among the empirical relationships. These may probably be ascribed to different excitation mechanisms contributing to the line emission, which may vary between our sample and those where the relationships were calibrated. Adopting the Lacc derived from Brg, we find Lacc=0.1L*-1L* for all sources, and Macc of the order of 10^-7-10^-9 Msun/yr. The Macc derived in ChaI are proportional to M*^2, as found in other low-mass star-forming regions. The discrepancies observed in the case of Lacc(Brg) and Lacc(Pab) can be related to different intrinsic Pab/Brg, ratios. The derived ratios show the existence of two different emission modalities, one that agrees with predictions of both wind and accretion models, the other suggesting optically thick emission from relatively small regions (10^21-10^22 cm^-3) with gas at low temperatures (<4000K).

研究の動機と目的

• 分光学的診断法を用いて、クラスIおよびIIの若い星形成対象における降着光度（L_acc）および質量降着率（Ṁ_acc）を特定すること。
• 異なるトレーサー間で発光線光度とL_accとの間の経験的関係の信頼性および一貫性を検証すること。
• 同じYSOサンプルに適用した場合に、異なるトレーサーから得られるL_acc推定値に系統的な差が生じる理由が、励起機構の違いか、発光領域の性質の違いに起因するかを調査すること。
• シャマレオンIおよびIIにおけるṀ_accが星質量（M*）にどのように依存するかを検討し、進化傾向を評価すること。

提案手法

• ESO/NTTのEFOSC2およびSofIを用いて、シャマレオンIおよびIIの47個のYSOに対して低分解能の光学的・近赤外分光法（0.6–2.4 μm）を取得した。
• 5つのトレーサー（Br γ、Pa β、H α、Ca II λ8542、[O I] λ6300）の発光線光度を測定した。
• 文献に記載された経験的関係を適用して、各トレーサーの線光度からL_acc推定値に変換した。
• 異なるトレーサーから得られたL_acc値を星の光度（L*）と比較し、散乱の度合いと一貫性を評価した。
• 球対称風モデルを用いて、低Pa β/Br γ比を解釈し、ガス温度および質量損失率を推定した。
• Pa β/Br γの輝度比を分析して、励起条件が異なる2つの明確な発光モードを同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 同じ均質なクラスIおよびII YSOサンプルにおいて、どの発光線トレーサーが降着光度（L_acc）推定値として最も一貫性があり信頼できるか？
• RQ2 同じYSOサンプルに適用した場合に、発光線光度とL_accとの間の異なる経験的関係が、なぜ系統的に異なるL_acc値をもたらすのか？
• RQ3 特に低比のPa β/Br γ輝度比が観測された場合、その背後にある物理的条件（例：温度、密度、幾何的配置）は何か？
• RQ4 シャマレオンIおよびIIの領域における質量降着率（Ṁ_acc）は星質量（M*）にどのように依存するか？また、理論的予測と整合するか？
• RQ5 Pa β/Br γ比を用いて同定された2つの明確なH i発光モードの物理的起源は何か？励起機構においてどのように異なるか？

主な発見

• Br γに基づくL_acc推定値は、星の光度（L*）の全範囲で最小の散乱を示し、テストされた5つのトレーサーの中で最も信頼できるトレーサーであった。
• H α、[O I] λ6300、Ca II λ8542トレーサーは、均質なサンプルに対して予想されるよりも著しく散乱したL_acc値を生成しており、その経験的補正にバイアスが生じている可能性を示唆している。
• 異なるトレーサーから得られるL_acc値の系統的差異は、シャマレオンサンプルの励起機構または発光領域の性質が、Taurusベースの補正サンプルとは異なる可能性を示している。
• 推定された質量降着率（Ṁ_acc）は10⁻⁷から10⁻⁹ M☉ yr⁻¹の範囲にあり、クラスII対象の典型的な値と整合的であった。
• シャマレオンIにおけるṀ_accは、M*²にほぼ比例しており、他の低質量星形成領域での報告と一致した。
• 2つの明確なH i発光モードが同定された：1つは風または降着モデルに一致する（T ∼ 4000 K、Ṁ_loss ∼ 10⁻⁸–10⁻⁹ M☉ yr⁻¹）、もう1つは低Pa β/Br γ比を示し、小さな冷却領域（T < 4000 K、密度10²¹–10²² cm⁻³）からの光学的厚さの発光を示しており、ジェット基部、内側円盤、または降着スポットからの可能性がある。