[論文レビュー] The Structure and Evolution of Young Stellar Clusters

Shadab Alam, S. T. Megeath+7 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、スパイクァー、2MASS、および他の多波長調査を用いて1 kpc圏内の若い星団の構造と進化を分析し、孤立したグループから高密度団に至るまでの星形成環境の連続体を明らかにした。星団の表面密度は、3〜1000個のメンバーを有する星団においてわずか約5倍の範囲にとどまることを発見した。また、縞々模様や部分的凝集体といった形態的特徴は、動的進化ではなく初期のガス断片化を反映しており、多くの領域では星間接近やUV放射が惑星形成円盤の生存にほとんど影響を与えないことが示された。

ABSTRACT

We examine the properties of embedded clusters within 1 kiloparsec using new data from the Spitzer Space Telescope, as well as recent results from 2MASS and other ground-based near-infrared surveys. We use surveys of entire molecular clouds to understand the range and distribution of cluster membership, size and surface density. The Spitzer data demonstrate clearly that there is a continuum of star- forming environments, from relative isolation to dense clusters. The number of members of a cluster is correlated with the cluster radius, such that the average surface density of clusters having a few to a thousand members varies by a factor of only a few. The spatial distributions of Spitzer-identified young stellar objects frequently show elongation, low density halos, and sub-clustering. The spatial distributions of protostars resemble the distribution of dense molecular gas, suggesting that their morphologies result directly from the fragmentation of the natal gas. We also examine the effects of the cluster environments on star and planet formation. Although Far-UV and Extreme-UV radiation from massive stars can truncate disks in a few million years, fewer than half of the young stars in our sample (embedded clusters within 1 kpc) are found in regions of strong FUV and EUV fields. Typical volume densities and lifetimes of the observed clusters suggest that dynamical interactions are not an important mechanism for truncating disks on solar system size scales.

研究の動機と目的

• 多波長調査を用いて1 kpc圏内の若い埋蔵星団の構造的性質（サイズ、表面密度、形態）を同定する。
• 星団の進化が初期のガス断片化に起因するか、それともその後の動的過程に起因するかを特定する。
• 星団環境が円盤生存に与える影響、特にUV放射および近接星間接近の影響を評価する。
• ガス散逸のメカニズム（光駆動蒸発、噴出）が星団の進化と生存に果たす役割を評価する。

提案手法

• スパイクァー・ユング・スターラー・クランスター調査、オリオン分子雲調査、およびコアズ・トゥ・ディスクス（c2d）レガシープログラムのスパイクァー宇宙望遠鏡データを用い、中赤外色-色図を用いて若い星形成対象（YSOs）を同定・分類した。
• IRACおよびMIPSの光度測定を用いて、クラスI（ガス包みの原始星）とクラスII（円盤を有する準主系列前星）の源を区別し、24 µmデータを用いて減光のデゲネラシーを解消した。
• チャンドラ・アンコーズ調査のX線データを統合して、星団メンバーの特定と年齢推定の精度を向上させた。
• 分子雲内のYSOおよび原始星の空間的分布を、ミリ波・サブミリ波観測で示された高密度ガス構造と比較した。
• N体シミュレーションを用いて動的相互作用率をモデル化し、さまざまな密度の星団内での近接接近頻度を推定した。
• 大質量星からのFUVおよびEUV放射による円盤短縮のタイムスケールを評価し、観測された円盤寿命および星団ガス散逸タイムスケールと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近接する若い埋蔵星団における星団の性質（サイズ、表面密度、形態）の範囲と分布は何か？
• RQ2 観測された星団の形態は、初期のガス断片化を反映しているのか、それとも後の動的進化を反映しているのか、どの程度か？
• RQ3 大質量星からのFUVおよびEUV放射場は、星団環境における円盤生存にどのように影響を与えるか？
• RQ4 近接星間接近は、太陽系スケールのプロト惑星円盤を短縮させる役割を果たすのか？
• RQ5 埋蔵星団におけるガスの散逸はどの程度の速さで進行するのか？また、その散逸を引き起こすプロセスは何か？

主な発見

• 3〜1000個のメンバーを有する若い星団の平均表面密度は、わずか約5倍の範囲にとどまることから、広い星団サイズ範囲において密度の狭い範囲が維持されていることが示された。
• 原始星の空間的分布は、高密度分子ガスの形態と密接に一致しており、星団の部分的凝集体や縞々模様の形成が、初期の母体雲の断片化に起因し、動的進化とは無関係であることが示唆された。
• サンプル内の若い星のうち、わずか50％未満が強力なFUVおよびEUV場に存在しており、外部からの放射が多くの星団で円盤短縮の主要因ではないことが示された。
• 40 AUスケールでの円盤短縮を引き起こす動的相互作用はまれである：典型的な星団では、5 Myr間に1星あたり約1回の近接接近（<1000 AU）しか経験せず、100 AU以内の接近は1回未満である。
• ガス散逸は約3 Myrのタイムスケールで進行する—これは星団のクロスタイムと星形成期間とほぼ同等であり、星団が埋蔵段階で動的平衡に達しないことを示唆している。
• ガス散逸後の星団生存は主に星団サイズ、星形成効率、および散逸速度に依存しており、これらの条件が満たされれば大多数の星団が生存する。