[論文レビュー] The Fragmentation of Cores and the Initial Binary Population

S. P. Goodwin, Pavel Kroupa+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、核の破壊シミュレーションが若い連星および複数星系の観測された性質を再現できない理由を調査する。乱流および回転する核は自然に複数の対象に破壊されるが、現在のモデルは近接連星を過剰に生成し、観測された分離距離および質量比分布と一致しない—磁気場や放射フィードバックのような欠落している物理的メカニズムが、初期星の多重性をモデル化する上での主な課題であることを示している。

ABSTRACT

Almost all young stars are found in multiple systems. This suggests that protostellar cores almost always fragment into multiple objects. The observed properties of multiple systems such as their separation distribution and mass ratios provide strong constraints on star formation theories. We review the observed properties of young and old multiple systems and find that the multiplicity of stars changes. Such an evolution is probably due to (a) the dynamical decay of small-N systems and/or (b) the destruction of multiple systems within dense clusters. We review simulations of the fragmentation of rotating and turbulent molecular cores. Such models almost always produce multiple systems, however the properties of those systems do not match observations at all well. Magnetic fields appear to supress fragmentation, prehaps suggesting that they are not dynamically important in the formation of multiple systems. We finish by discussing possible reasons why theory fails to match observation, and the future prospects for this field.

研究の動機と目的

• 理論的核の破壊モデルが、若い複数星系の観測された性質を再現できない理由を理解すること。
• 乱流、磁気場、放射フィードバックといった物理的メカニズムが、現在のシミュレーションで欠落または不正確にモデル化されている可能性を特定すること。
• 若い星系から古い星系への多重性の観測された進化が、動的崩壊か集団誘発的破壊によるものであるかどうかを評価すること。
• 初期条件（角運動量や密度構造）が初期連星集団を決定づける役割を評価すること。
• なぜシミュレーションが観測結果と比較して過剰に多くの近接連星と不正確な質量比分布を生成するのかを特定すること。

提案手法

• フィールドおよび若い複数星系の観測データ（多重性頻度、分離距離分布、質量比分布）をレビューすること。
• 回転および乱流のある分子核のシミュレーションを分析し、観測された性質を持つ複数星系を生成できるかを評価すること。
• 磁気場の破壊への影響を評価し、破壊の抑制を示すモデルを用いること。
• 現在の流体力学的シミュレーションの限界を評価し、特にバロトロピック状態方程式の使用や放射移動の簡略化処理の影響を検討すること。
• SPHおよびAMRシミュレーションにおける人工的角運動量輸送の役割、特に円盤形成における影響を検討すること。
• 最近のシミュレーション試みを用いて、ジェットや放射場などのフィードバック機構が核の破壊に与える影響を調査すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜ核の破壊シミュレーションは、若い複数星系の観測された分離距離および質量比分布を再現できないのか？
• RQ2 磁気場はどの程度破壊を抑制するのか？ そして、これは予測される初期連星集団にどのような影響を与えるのか？
• RQ3 動的崩壊と集団環境は、若い星系から古い星系への観測された多重性の進化にどの程度寄与しているのか？
• RQ4 乱流はどのように破壊を促進するのか？ そして、なぜ乱流核のシミュレーションでも観測結果と一致しないのか？
• RQ5 バロトロピック状態方程式のような熱力学的近似が、破壊シミュレーションの正確さにどのような影響を与えるのか？

主な発見

• G型矮星の観測多重性頻度は不完全性補正後約0.58であり、大多数の星が複数星系で形成されることを示している。
• フィールド連星の分離距離分布は対数正規分布であり、平均は約30 AU、対数空間での標準偏差は約1.5であるが、非常に低質量星および白色矮星は15 AU未満の分離距離に強く偏っている。
• G型矮星連星の質量比分布は、低質量の同伴に偏っており、初期質量関数と比較して質量>0.3 M☉の同伴が著しく不足している。
• 回転および乱流核のシミュレーションは一貫して複数星系を生成するが、特に低質量および白色矮星系において、観測された分離距離および質量比分布と一致しない。
• 磁気場はシミュレーションで破壊を抑制する傾向にあり、実際の核崩壊においては極めて重要だが、現在のモデルでは十分に表現されていない可能性がある。
• 現在のシミュレーションは、現実的な放射移動、ジェットからのフィードバック、適切な角運動量輸送といった重要な物理的プロセスを欠落しており、理論と観測の不一致に寄与している可能性がある。