[論文レビュー] The Morphologies and Lifetimes of Transitional Protoplanetary Disks

Thayne Currie|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2010

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、1–10 Myrの星集団におけるスパイazer宇宙望遠鏡の観測を用いて、二種類の異なる形態の遷移的プロト惑星環を特定した。すなわち、内部に穴やギャップを有するものと、均一に均質化されたほこりの枯渇を示すものである。研究では、遷移的プロト惑星環の平均寿命が約1 Myrであると判明した。これは全プロト惑星環寿命の約1/3に相当し、惑星形成や光駆動蒸発といった多様なクリアランス機構によって引き起こされる、顕著で多様な経路をたどる進化過程を示唆している。

ABSTRACT

I describe new constraints on the lifetimes and morphologies of transitional protoplanetary disks from observations of 1--10 Myr old stars with the extit{Spitzer Space Telescope}. New Spitzer results clearly show evidence for two kinds of transitional disks and thus two main disk evolutionary pathways: disks which form an inner hole/gap and clear from the inside out and disks that deplete more homologously. Analyzing the disk populations of 1--10 Myr old clusters such as Taurus, IC 348, NGC 2362, and $η$ Cha show that the mean transitional disk lifetime must be an appreciable fraction of the mean protoplanetary disk lifetime: $\approx$ 1 Myr out of 3--5 Myr. The varieties of transitional disk SEDs and correlations with other disk diagnostics are consistent with multiple mechanisms responsible for clearing disks.

研究の動機と目的

• 若い星集団における遷移的プロト惑星環の形態的多様性と寿命を特定すること。
• 原始円盤からデブリ円盤へ至る進化経路を理解すること、特に円盤クリアランス機構の役割を特定すること。
• 遷移的円盤が単一の進化段階を表すのか、あるいは複数の異なる経路をたどるのかを評価すること。
• 遷移的円盤段階の時間スケールを全プロト惑星環寿命に比して定量化すること。
• 降着、サブミリ波長フレックス、SED形態が円盤分散プロセスを制約する役割を評価すること。

提案手法

• タウルス、IC 348、NGC 2362、およびη Chaなどの星集団における遷移的円盤のスパイザー宇宙望遠鏡の中赤外線光度法および分光法の分析。
• 原始円盤およびフラット円盤モデルのスペクトルエネルギー分布（SED）と比較することで、ほこりの枯渇パターンを特定。
• SEDモデリングを用いて、特に中赤外線欠損が顕著な円盤の内部穴の大きさやほこりの表面密度分布を推定。
• 降着率とサブミリ波長フレックスとを円盤形態と相関させ、ガスおよびほこりの含有量と分散機構を推定。
• ほこりの光学深さとガス対ほこり比の仮定に基づいた円盤質量推定値の評価を行い、これらのパラメータの不確実性への感受性を検討。
• 多波長診断を用いて、内部から外側へのクリアランス（ギャップ／穴によるもの）とグローバル枯渇（均一な枯渇）を区別。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 遷移的円盤の支配的形態タイプは何か。また、それらのほこり分布と進化経路はどのように異なるか。
• RQ2 遷移的円盤段階の平均寿命は何か。全プロト惑星環寿命に比べてどうか。
• RQ3 惑星形成や光駆動蒸発といった物理的メカニズムが、遷移的円盤におけるほこりとガスのクリアランスを引き起こすのはどのようなものか。
• RQ4 降着率とサブミリ波長フレックスは円盤形態とどのように相関するか。それらはガス含有量と分散のメカニズムをどのように明らかにするか。
• RQ5 ほこりの光学深さとガス対ほこり比の不確実性が、SEDモデリングからの質量推定値にどの程度影響を及えるか。

主な発見

• 二種類の異なる形態の遷移的円盤が特定された。すなわち、内部に穴やギャップを有するものと、均一に枯渇したほこりを示すものであり、複数の進化経路を示している。
• 遷移的円盤段階の平均寿命は約1 Myrであり、全プロト惑星環寿命（3–5 Myr）の約1/3に相当する。
• 内部に穴を有する円盤は、惑星が誘発するギャップによって引き起こされる内部から外側への放射的依存性のあるほこりのクリアランスを示しており、これに一致する。
• 均一に枯渇した円盤は強い放射的構造を欠くが、顕著に減少した中赤外線発光を示しており、遅い光駆動蒸発やガス惑星形成の失敗によるグローバルなほこり枯渇を示唆している。
• 低質量星（例：M2）の周囲では、UV放射が低く、光駆動蒸発の時間スケールが長いことから、均一に枯渇した円盤の頻度が高くなる可能性がある。
• SEDモデリングと降着診断の結果、遷移的円盤は原始円盤とは明確に異なる進化段階であるが、ほこりの光学深さとガス対ほこり比の仮定に依存するため、ガス質量推定値の不確実性は依然として高い。