[論文レビュー] The JCMT Transient Survey: Four Year Summary of Monitoring the Submillimeter Variability of Protostars

Yong-Hee Lee, Doug Johnstone+50 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 188被引用数 43

ひとこと要約

本研究では、JCMTを用いた295個の原始星および関連源に対する4年間のサブミリ波長モニタリング調査を実施し、主に原始星である18個の定常的変動源を特定した。主な発見は、数年にわたる時間スケールでの断続的降着が、原始星の質量集積に占める寄与は数パーセントにとどまるが、6つの源が40％を超える過剰な質量降着を示しており、より長いスケール（数十年）での観測が継続されれば、断続的降着の重要性がさらに顕著になる可能性がある。

ABSTRACT

We present the four-year survey results of monthly submillimeter monitoring of eight nearby ($< 500 $pc) star-forming regions by the JCMT Transient Survey. We apply the Lomb-Scargle Periodogram technique to search for and characterize variability on 295 submillimeter peaks brighter than 0.14 Jy beam$^{-1}$, including 22 disk sources (Class II), 83 protostars (Class 0/I), and 190 starless sources. We uncover 18 secular variables, all of them protostars. No single-epoch burst or drop events and no inherently stochastic sources are observed. We classify the secular variables by their timescales into three groups: Periodic, Curved, and Linear. For the Curved and Periodic cases, the detectable fractional amplitude, with respect to mean peak brightness, is $\sim4$ % for sources brighter than $\sim$ 0.5 Jy beam$^{-1}$. Limiting our sample to only these bright sources, the observed variable fraction is 37 % (16 out of 43). Considering source evolution, we find a similar fraction of bright variables for both Class 0 and Class I. Using an empirically motivated conversion from submillimeter variability to variation in mass accretion rate, six sources (7 % of our full sample) are predicted to have years-long accretion events during which the excess mass accreted reaches more than 40 % above the total quiescently accreted mass: two previously known eruptive Class I sources, V1647 Ori and EC 53 (V371 Ser), and four Class 0 sources, HOPS 356, HOPS 373, HOPS 383, and West 40. Considering the full protostellar ensemble, the importance of episodic accretion on few years timescale is negligible, only a few percent of the assembled mass. However, given that this accretion is dominated by events of order the observing time-window, it remains uncertain as to whether the importance of episodic events will continue to rise with decades-long monitoring.

研究の動機と目的

• 月次モニタリングを用いて、原始星および関連源における長期的サブミリ波長変動を調査すること。
• 初期星形成段階における断続的降着の広がりと特徴を特定すること。
• 数年にわたる時間スケールでの断続的降着が、原始星の総質量集積に果たす寄与を評価すること。
• 特に爆発的または一時的変動源を含む可変源を、近隣の星形成領域で同定・特徴づけること。
• 変動が質量降着率に与える影響と、YSOにおける光度問題へのインパクトを評価すること。

提案手法

• JCMTのSCUBA-2を用いて、8つの近隣星形成領域で月次サブミリ波長モニタリング（450および850 µm）を実施。
• 295個のサブミリ波長ピークにおける周期的・曲線的・線形的変動を検出・特徴づけるために、Lomb-Scargle周期解析法を適用。
• スペクトルエネルギー分布（SED）と進化段階に基づき、原始星（クラス0/I）、ディスク源（クラスII）、星なしコアに分類。
• 実験的根拠に基づくサブミリ波長の放射束変動から質量降着率変動への変換を用い、爆発的降着の寄与を推定。
• 地域的および進化的依存性を比較することで、変動の頻度が地域や源クラスごとにどのように異なるかを評価。
• 校正安定性とその変動検出への影響を評価し、校正の改善により可変源の回復率が向上する可能性を指摘。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4年間のベースラインにおいて、サブミリ波長で明るい原始星および関連源における定常的変動の広がりはいかほどか？
• RQ2 サブミリ波長変動の振幅と時間スケールは、原始星の進化段階（クラス0 対 クラスI）とどのように相関するか？
• RQ3 数年にわたる時間スケールでの断続的降着イベントが、原始星進化の全期間にわたる総質量集積に占める寄与はどの程度か？
• RQ4 既知の爆発的YSOと低光度YSOとの間で、サブミリ波帯における変動行動に差異は認められるか？
• RQ5 より長いモニタリング期間を想定した場合、断続的降着の重要性はどのように変化するか？また、校正安定性は検出にどのような役割を果たすか？

主な発見

• 18個の定常的変動源が同定され、すべて原始星（クラス0/I）に属し、単一時刻の爆発的変動源や本質的に確率的であるとされる源は検出されなかった。
• 0.5 Jy beam⁻¹以上の明るさを持つ源において、観測可能な変動の相対的振幅は約4％であり、可変源の割合は37％（43個中16個）に達する。
• クラス0およびクラスIの原始星における可変源の割合に顕著な差はなく、進化段階に強く依存しないことが示された。
• V1647 Ori、EC 53（V371 Ser）、HOPS 356、HOPS 373、HOPS 383、West 40の6つの源が、静穏状態より40％を超える過剰な質量降着を示した。
• 全原始星サンプルにおいて、数年にわたる時間スケールでの断続的降着は、総質量集積に数パーセントの寄与にとどまる。
• 観測された変動は、観測期間と同等の持続時間を持つイベントに支配されており、より長い期間の観測により、数十年スケールでの断続的降着の役割が顕在化する可能性がある。