[論文レビュー] The onset of X-ray emission in young stellar objects: a Chandra observation of the Serpens star-forming region

Giovanna Giardino, F. Favata+3 more|ArXiv.org|Nov 16, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 37被引用数 32

ひとこと要約

このサーペンス星形成領域におけるチャンドラX線観測では、6つの確認済みのクラス0プロト星からのX線放射が検出されず、典型的な吸収密度下でのX線放射の上限は L_X < 0.4 × 10³⁰ erg s⁻¹ であった。結果から、X線放射はクラスI段階で開始されると示唆され、クラスII星における強力なフレアは、星と周囲惑星環の間の磁気再結合に起因するものであり、6.4 keV Fe Kα蛍光によって裏付けられている。

ABSTRACT

AIMS: To study the properties of X-ray emissions from young stellar objects (YSOs), through their evolution from Class I to Class III and determine whether Class 0 protostars emit in X-rays. METHODS: A deep Chandra X-ray observation of the Serpens star-forming region was obtained. The Serpens Cloud Core is ideally suited for this type of investigation, being populated by a dense and extremely young cluster whose members are found in all different evolutionary stages, including six well studied Class 0 sources. RESULTS: None of the six Class 0 protostars is detected in our observations, excluding the presence of sources with X-ray luminosities &gt; 0.4 10^30 erg/s (for column densities of the order of 4 10^{23} cm^-2, or A_V ~ 200). A total of 85 X-ray sources are detected and the light curves and spectra of 35 YSOs are derived. There is a clear trend of decreasing absorbing column densities as one moves from Class I to Class III sources, and, possibly, evidence of decreasing plasma temperatures, too. We observe a strong, long-duration, flare from a Class II low-mass star, for which we derive a flaring loop length of the order of 20 stellar radii. We interpret the flaring event as originating from a magnetic flux tube connecting the star to its circumstellar disk. The presence of such a disk is supported by the detection, in the spectrum of this star, of 6.4 keV Fe fluorescent emission.

研究の動機と目的

• クラス0プロト星がX線を放出するかどうかを特定すること。これは、X線発生の時期がまだ不明であるためである。
• クラスIからクラスIIIまでの前主系列段階におけるX線特性（放射度、温度、吸収）の進化を調査すること。
• 若い星における磁気活動および惑星環-星の相互作用がX線フレアおよび放射に果たす役割を検討すること。
• YSOのX線放射が磁気圏降着および惑星環のイオン化に関連しているという仮説を検証すること。

提案手法

• サーペンス・クラウドコアにおける深さ90 ksのチャンドラX線観測を実施した。これは、全進化段階をカバーする高密度で若い集団を含む。
• 吸収された熱プラズマモデル（APEC）を用いたスペクトルフィッティングを実施し、6.4 keV Fe Kα蛍光線のような追加的特徴の有無を検証した。
• X線光度曲線を用いて時間的変動を分析し、特にクラスII源における長期間にわたるフレアを観測した。
• 磁気エネルギー解放モデルを仮定し、ダイポール磁場配置を想定してフレア発生ループの長さを推定した。
• 非検出結果と仮定された吸収密度および温度に基づき、クラス0源のX線放射度に対する上限を算出した。
• 進化段階ごとのX線特性（N_H, kT, L_X）を比較し、吸収およびプラズマ温度の傾向を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 本物のクラス0プロト星はX線を放出するのか。もしそうなら、どの程度の放射度レベルで発生するのか？
• RQ2 クラスIからクラスIIIまでのYOSにおいて、X線放射度、吸収密度、プラズマ温度はどのように進化するのか？
• RQ3 クラスII星における観測されたX線フレアは、星と惑星環を結ぶフラックスチューブ内の磁気再結合によって説明可能か？
• RQ4 源79のスペクトルに観測された6.4 keV Fe Kα蛍光線は、フレアによって照射された光学的厚さのある周囲惑星環からの反射と整合的か？
• RQ5 X線放射は若い星系における惑星環降着および化学反応を制御する役割を果たすのか？

主な発見

• サーペンス・クラウドコアに含まれる6つのよく研究されたクラス0プロト星のいずれに対してもX線放射は検出されなかった。
• クラス0源のX線放射度の上限は、吸収密度約4 × 10²³ cm⁻²およびプラズマ温度約2.5 keVの条件下で L_X < 0.4 × 10³⁰ erg s⁻¹ であった。
• クラスIIの低質量星（源79）において、強力で長期間にわたるフレアが観測された。推定されたフレア発生ループの長さは10–12 R☉（約0.1 AU）であった。
• 源79のスペクトルには、等価幅149 eVの6.4 keV Fe Kα蛍光線が観測され、光学的厚さのある照射された周囲惑星環からの反射と整合的であった。
• クラスIからクラスIIIのYOSにかけて、吸収密度が減少する明確な傾向が観測された。また、プラズマ温度の低下傾向の兆しも見られた。
• YOSの各段階にわたる時間的変動に顕著な進化的傾向は認められなかったが、源79のフレアは持続時間および振幅の点で特異的であった。