[論文レビュー] POISSON project - II - A multi-wavelength spectroscopic and photometric survey of young protostars in L 1641

A. Caratti o Garatti, R. García López+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 111被引用数 35

ひとこと要約

本研究では、NTTおよびスパッタラーから得られた可視光から遠赤外域のデータを用い、地上および宇宙機関の光度測定と組み合わせて、L 1641星形成領域の27個の若い原始星について、多波長分光および光度測定調査を実施した。その結果、質量降着率は $\dot{M}_{acc} \propto t^{-1.2}$ のように年齢とともに低下することが判明し、従来の仮定よりも遅い減衰を示しており、幾何的効果がSED分類を著しく歪め、SED形態に基づく年齢推定が信頼できないことが示された。

ABSTRACT

Characterising stellar and circumstellar properties of embedded young stellar objects (YSOs) is mandatory for understanding the early stages of the stellar evolution. This task requires the combination of both spectroscopy and photometry, covering the widest possible wavelength range, to disentangle the various protostellar components and activities. As part of the POISSON project, we present a multi-wavelength spectroscopic and photometric investigation of embedded YSOs in L1641, aimed to derive the stellar parameters and evolutionary stages and to infer their accretion properties. Our database includes low-resolution optical-IR spectra from the NTT and Spitzer (0.6-40 um) and photometric data covering a spectral range from 0.4 to 1100 um, which allow us to construct the YSOs spectral energy distributions (SEDs) and to infer the main stellar parameters. The SED analysis allows us to group our 27 YSOs into nine Class I, eleven Flat, and seven Class II objects. However, on the basis of the derived stellar properties, only six Class I YSOs have an age of ~10^5 yr, while the others are older 5x10^5-10^6 yr), and, among the Flat sources, three out of eleven are more evolved objects (5x10^6-10^7 yr), indicating that geometrical effects can significantly modify the SED shapes. Inferred mass accretion rates (Macc) show a wide range of values (3.6x10^-9 to 1.2x10^-5 M_sun yr^-1), which reflects the age spread observed in our sample. Average values of mass accretion rates, extinction, and spectral indices decrease with the YSO class. The youngest YSOs have the highest Macc, whereas the oldest YSOs do not show any detectable jet activity in either images and spectra. We also observe a clear correlation among the YSO Macc, M*, and age, consistent with mass accretion evolution in viscous disc models.

研究の動機と目的

• L 1641における埋め込まれた若い星状対象物（YSO）の星および周囲星周囲の性質を、多波長分光および光度測定を用いて特徴づけること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）および発光線の分析を通じて、YSOの進化段階と降着特性を特定すること。
• 幾何的バイアスの可能性を考慮し、標準的なSED分類（α₂₋₂₀μmに基づく）がYSOの真の年齢を反映しているかを評価すること。
• 低質量原始星における質量降着率の時間的変化と、星質量および年齢との相関関係を調査すること。
• 断続的な噴出が、典型的な古典的T Tauri星の質量に達するためのClass I YSOにとって必要不可欠であるかを評価すること。

提案手法

• L 1641の27個のYSOに対して、新技術望遠鏡（NTT）およびスパッタラー/IRSを用いて、可視光から近赤外域（0.6–40 μm）の低分解能分光を取得した。
• 各源の完全なスペクトルエネルギー分布（SED）を構築するために、0.4 μm から 1100 μm までの光度測定データを収集した。
• SED勾配α₂₋₂０μmおよびSEDモデリングを用いて、YSOを進化段階（Class I、フラット、Class II）に分類した。
• SEDフィッティングにより、視覚的減光、スペクトル型、ボロメトリック光度、星質量などの星のパラメータを導出した。
• H再結合線（Paβ、Brγ）を用いて質量降着率（$\dot{M}_{acc}$）を推定し、理論的粘性ディスクモデルと比較した。
• 降着率 $\dot{M}_{acc}$、年齢、星質量の相関関係を分析し、$\dot{M}_{acc} \propto t^{-\eta}$ の形にフィットして降着の時間的進化を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ディスクの傾きや包層の幾何的形状といった幾何的効果が、SEDに基づく分類をどれほど歪め、YSOの年齢を誤って推定する要因となるか。
• RQ2 低質量原始星における質量降着率の真の時間的変化は何か。また、粘性ディスクモデルの予測と比較するとどうなるか。
• RQ3 Class I YSOが典型的な古典的T Tauri星の質量に達するためには、断続的噴出が不可欠であると考えられるか。また、その頻度はどの程度か。
• RQ4 なぜ一部のフラットスペクトル源は、SED分類が示すよりも年老いているように見えるのか。この乖離の背後にある物理的プロセスは何か。
• RQ5 さまざまなYSOクラスにおいて、降着光度および質量降着率はどのように変化するか。また、降着支配的（$L_{acc} > L_*$）なYSOの割合はどの程度か。

主な発見

• 最も若いYSO（t ~ 10⁵ yr）の質量降着率（$\dot{M}_{acc}$）は、3.6 × 10⁻⁹ から 1.2 × 10⁻⁵ M☉ yr⁻¹ の範囲にあり、星質量M* ≤ 1 M☉ の場合の平均は約 5 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹ であった。
• 10⁵ yr よりも年老いたYSOにおいて、$\dot{M}_{acc}$ と年齢の間に明確な相関が認められ、$\dot{M}_{acc} \propto t^{-1.2}$ と示され、古典的モデル（η ≈ 1.5–2.8）よりも遅い減衰を示している。
• 9体のClass I YSOのうち6体が真に若い（t ~ 10⁵ yr）が、残りの3体は年老いている（5 × 10⁵ – 10⁶ yr）。また、11体のフラットスペクトル源のうち3体は進化している（5 × 10⁶ – 10⁷ yr）。これは、SED形態のみに依存した分類が年齢を誤認する可能性があることを示している。
• 大多数のYSOは降着支配的（$L_{acc} > L_*$）ではなく、源#25のみが強い噴出を示し、源#20はわずかにその境界に達していた。これは、多くの場合、降着が主なエネルギー源ではないことを示している。
• 推定された $\dot{M}_{acc}$ 値は、タウリスおよびアウリガのYSOと比較して約10倍高い。これは、若いYSOが典型的なCTT質量に達するためには、その生涯の1–5%の間、噴出状態にあったと仮定しなければならないことを示唆している。
• スパッタラーのスペクトルで、氷（H₂O、CO₂）およびアモルファスケイ酸塩（9.7 μm）の吸収ラインが検出され、最も若い源に氷とほこりを含む包層が存在することが確認された。