[論文レビュー] The low-mass stellar population in the young cluster Tr37: Disk evolution, accretion, and environment

A. Sicilia‐Aguilar, Jinyoung Serena Kim+4 more|Discovery Research Portal (University of Dundee)|Aug 1, 2013

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 87被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、4 Myrの年齢のTr 37集団に存在する低質量M型星におけるディスクの進化と降着を、多波長の光度測定、分光測定、放射線輸送モデルを用いて調査する。その結果、ダストとガスの進化は密接に関連しており、SEDタイプと降着状態に基づいて異なるディスククラスが出現することが明らかになった。また、ダストの欠乏と内部ホールの形成は、主に星の質量ではなく、集団環境によって強く影響を受ける独立したプロセスであることが判明した。

ABSTRACT

We present a study of accretion and protoplanetary disks around M-type stars in the 4 Myr-old cluster Tr37. With a well-studied solar-type population, Tr37 is a benchmark for disk evolution. We used low-resolution spectroscopy to identify 141 members (78 new) and 64 probable members, mostly M-type stars. Hα emission provides information about accretion. Optical, 2MASS, Spitzer, and WISE data are used to trace the SEDs. We construct radiative transfer models to explore the structures of full-disks, pre-transition, transition, and dust-depleted disks. Including the new and previously known members, we confirm that a substantial fraction (~2/5) of disks show signs of evolution, either as radial dust evolution (transition/pre-transition disks) or as a more global evolution (low small-dust masses, dust settling, and weak/absent accretion signatures). Accretion is strongly dependent on the SED type. About half of the transition objects are consistent with no accretion, and dust-depleted disks have weak (or undetectable) accretion signatures, especially among M-type stars. The analysis of accretion and disk structure suggests a parallel evolution of dust and gas. We find several distinct classes of evolved disks, based on SED type and accretion, pointing to different disk dispersal mechanisms and probably different evolutionary paths. Dust depletion and opening of inner holes appear to be independent processes: most transition disks are not dust-depleted, and most dust-depleted disks do not require inner holes. The differences in disk structure between M-type and solar-type stars in Tr37 (4 Myr) are not as remarkable as in the young, sparse, Coronet cluster (1-2 Myr), suggesting that other factors, like the environment/interactions, are likely to play a role in the disk evolution and dispersal. Finally, we also find some evidence of clumpy star formation or mini-clusters within Tr37.

研究の動機と目的

• 4 Myrの年齢のよく研究されている集団における低質量M型星の原始惑星系ディスクの進化を理解すること。
• 星の質量、降着、ディスク構造がディスク散逸メカニズムに与える役割を特定すること。
• 密度の高い集団（例：Tr 37）のような環境要因が、散らばった集団とは異なった形でディスク進化に影響を与えるかどうかを調査すること。
• SEDと降着の特徴を用いて、ディスクタイプ（完全ディスク、遷移型、準遷移型、ダスト欠乏型）を分類すること。
• 低質量星におけるダスト進化とガス降着の関係を調査すること。

提案手法

• 低分解能分光測定を用いて141個の集団メンバー（うち78例は新規）を特定し、Hα線の発光を降着の指標として分類した。
• 光学から中赤外域（2MASS、Spitzer、WISE）までの多波長光度測定を収集し、スペクトルエネルギー分布（SED）を構築した。
• SEDの形態に基づいて、ディスクタイプを分類：完全ディスク、遷移／準遷移ディスク、ダスト欠乏ディスク、およびクラスI対象。
• 放射線輸送モデルを適用して、ディスク構造（内部ホール、ダスト沈降、小粒子ダスト質量の低減）を解釈した。
• スペクトル型の比較とSEDフィッティングのために、MARCS星大気モデルを用いた。
• 光度測定の混入や分類の不確実性がある対象は、統計的分析から除外した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Tr 37のM型星と太陽型星では、4 Myrの時点でディスク進化にどのような差が生じるか？
• RQ2 特に進化したディスククラスにおいて、降着はSEDタイプとどの程度関連しているか？
• RQ3 ダスト欠乏とディスク内に内部ホールが存在することは、独立した進化経路であるか？
• RQ4 星の質量と比較して、集団環境がディスク散逸メカニズムに果たす役割は何か？
• RQ5 Tr 37内にミニクラスターや塊状の星形成の兆候が検出可能か？

主な発見

• Tr 37のディスクの約40％が進化の兆候を示しており、そのうち半数の遷移ディスクで降着が検出されなかった。
• ダスト欠乏ディスクでは、特にM型星において弱いか検出不能な降着シグネチャを示し、ガスとダストの進化が分離していることが示唆された。
• ダスト欠乏と内部ホール形成は、主に独立したプロセスである：多くの遷移ディスクはダスト欠乏ではなく、多くのダスト欠乏ディスクには内部ホールを必要としていない。
• Tr 37のM型星と太陽型星の間でディスク構造の差は、若い散らばった集団（例：Coronet）ほど顕著ではなく、環境要因がディスク散逸に重要な役割を果たしている可能性を示唆した。
• Tr 37内に塊状の星形成やミニクラスタの兆候が確認され、複雑な局所的な星形成歴が示唆された。
• 放射線輸送モデルにより、進化したディスクタイプ（遷移型、準遷移型、ダスト欠乏型）が、異なる散逸メカニズムを持つ独立した進化経路を表していることが確認された。