[論文レビュー] Star formation in Perseus. IV. Mass dependent evolution of dense cores

J. Hatchell, G. A. Fuller|ArXiv.org|Mar 7, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用数 31

ひとこと要約

本稿は、ペルセウス分子雲における巨大な密核が主に原始星を有する一方で、低質量核はより多くが原始星を有しない理由を調査する。コア質量進化図（CMEDs）を用いて、高質量核における速い進化 timescale と継続的質量降着が観測された質量依存的原始星過剰を説明し、高質量核の遅い進化を否定する。結果は、前身核質量関数（CMF）が初期質量関数（IMF）よりも急であることを示唆し、破片化と選択効果がこの差を相殺して観測されたIMF形状と一致させている可能性がある。

ABSTRACT

In our SCUBA survey of Perseus, we find that the fraction of protostellar cores increases towards higher masses and the most massive cores are all protostellar. In this paper we consider the possible explanations of this apparent mass dependence in the evolutionary status of these cores, and the implications for protostellar evolution and the mapping of the embedded core mass function (CMF) onto the stellar IMF. We consider the following potential causes: dust temperature; selection effects in the submillimetre and in the mid-infrared observations used for pre/protostellar classification; confusion and multiplicity; transient cores; and varying evolutionary timescales. We develop Core Mass Evolution Diagrams (CMEDs) to investigate how the mass evolution of individual cores maps onto the observed CMF. Two physical mechanisms -- short timescales for the evolution of massive cores, and continuing accumulation of mass onto protostellar cores -- best explain the relative excess of protostars in high mass cores and the rarity of massive starless cores. In addition, confusion both increases the likelihood that a protostar is identified within a core, and increases mass assigned to a core. The observed pre/protostellar mass distributions are consistent with faster evolution and a shorter lifetime for higher-mass prestellar cores. We rule out longer timescales for higher-mass prestellar cores. The differences in the prestellar and protostellar mass distributions imply that the prestellar CMF (and possibly the combined pre+protostellar CMF) should be steeper than the IMF. A steeper prestellar CMF can be reconciled with the observed similarity of the CMF and the IMF in some regions if a second opposing effect is present, such as the fragmentation of massive cores into multiple systems.

研究の動機と目的

• ペルセウス分子雲における原始星と星なし核の割合に見られる質量依存的傾向を説明すること。
• 高質量核における原始星過剰が、選択効果か物理的進化プロセスに起因するかを特定すること。
• 前身核質量関数（CMF）が星の初期質量関数（IMF）にどのように対応するかを評価すること。
• 混乱、多重性、一時的核が観測された核質量分布の形をどのように形作るかを評価すること。
• 質量スペクトル全体にわたるコア進化 timescale と質量降着行動を制約すること。

提案手法

• コア質量進化図（CMEDs）の構築により、コア質量が時間とともにどのように変化するかを可視化し、観測されたCMFにどのようにマッピングされるかを示す。
• SCUBA 850 μm およびスパイザーミッド赤外データの分析により、ミッド赤外検出および分子ジェットの有無に基づいてコアを星なし核または原始星に分類する。
• サブミリ波およびミッド赤外調査における検出限界、混乱、多重性、一時的核形成といった選択効果の評価。
• 前身核および原始星コアの観測されたコア質量関数（CMF）の比較により、進化傾向を推定する。
• 進化シナリオのモデリング：コア進化 timescale の変動、継続的質量降着、破片化効果。
• 統計的分析を用いて、CMF形状の差が選択効果か本質的物理プロセスに起因するかを検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜペルセウスにおける最も巨大なコアは原始星に限定されており、低質量コアは主に星なし核なのであろうか？
• RQ2 コア進化 timescale の違いが、原始星コア割合の質量依存的傾向を説明できるのであろうか？
• RQ3 集積領域における混乱と多重性が、コア質量および分類測定にどの程度バイアスを及えるのであろうか？
• RQ4 原始星段階における継続的質量降着が、高質量星なしコアの欠如を説明できるのであろうか？
• RQ5 観測された質量分布の不一致を踏まえ、前身核CMFと星の初期質量関数（IMF）の関係はいかなるものであろうか？

主な発見

• 高質量で観測された原始星過剰は、高質量コアの進化 timescale が短いことが主な要因であり、長くなるからではない。
• 原始星段階における継続的質量降着が、高質量原始星過剰に寄与しており、原始星形成時の質量ピークに起因するものではない。
• 集積領域における混乱は、星なしコアが誤って原始星と分類される可能性を高め、コア質量推定値を誇張する。
• 選択効果、特に低輝度原始星の検出困難さが、低質量星なしコアの観測過剰に寄与している。
• 前身核CMFはIMFよりも急である可能性が高く、CMFとIMFの直接的マッピングという一般的な仮定に反する。
• 高質量コアの複数系への破片化は、より急なCMFを相殺する可能性があり、一部の領域でCMFとIMFの形状が類似していることを説明できる。