[論文レビュー] The VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM) Survey of Orion Protostars VI. Insights from Radiative Transfer Modeling

Patrick Sheehan, John Tobin+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 162被引用数 40

ひとこと要約

本研究では、オリオン星形成領域に存在する97個のプロト星に対するALMA 345 GHz連続スペクトルとSEDデータを用いたマルコフ連鎖モンテカルロ放射移動モデリングを通じて、惑星環と包みの性質を導出し、中央値として惑星質量5.8 M⊕の惑星環ごみ質量と29.4 auの半径を特定した。クラス0、I、フラットスペクトルの源においては、惑星環の性質に顕著な進化は認められず、傾きの影響によって分類と進化段階の関連性が疑問視される。また、磁気力学的過程が観測された惑星環の性質を再現する上で中心的役割を果たす可能性が示唆された。

ABSTRACT

We present Markov Chain Monte Carlo radiative transfer modeling of a joint ALMA 345 GHz and spectral energy distribution dataset for a sample of 97 protostellar disks from the VLA and ALMA Nascent Disk and Multiplicity Survey of Orion Protostars. From this modeling, we derive disk and envelope properties for each protostar, allowing us to examine the bulk properties of a population of young protostars. We find that disks are small, with a median dust radius of $ 29.4^{+ 4.1}_{- 2.7}$ au and a median dust mass of $ 5.8^{+ 4.6}_{- 2.7}$ M$_{\oplus}$. We find no statistically significant difference between most properties of Class 0, I, and Flat Spectrum sources with the exception of envelope dust mass and inclination. The distinction between inclination is an indication that the Class 0/I/Flat Spectrum system may be difficult to tie uniquely to the evolutionary state of protostars. When comparing with Class II disk dust masses in Taurus from similar radiative transfer modeling, we further find that the trend of disk dust mass decreasing from Class 0 to Class II disks is no longer present, though it remains unclear whether such a comparison is fair due to differences in star forming region and modeling techniques. Moreover, the disks we model are broadly gravitationally stable. Finally, we compare disk masses and radii with simulations of disk formation and find that magnetohydrodynamical effects may be important for reproducing the observed properties of disks.

研究の動機と目的

• 多波長データのモデリングを通じてオリオン分子雲内における若いプロト星惑星環の物理的性質を理解すること。
• プロト星の惑星環および包の性質が、クラス0からクラスIIにかけて系統的に進化するかどうかを評価すること。
• 標準的プロト星分類法（クラス0、I、フラットスペクトル）が進化段階のトレーサーとして有効であるかどうかを検証すること。
• 数値シミュレーションとの比較を通じて、磁場と流体力学的過程が観測された惑星環の性質に果たす役割を評価すること。
• ALMAデータからの惑星環質量および半径測定に及ぼす放射移動効果の影響を定量化すること。

提案手法

• マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）フィッティングを用いた、ALMA 345 GHz可視度データとHOPSスペクトルエネルギー分布（SED）の共同モデリング。
• RADMC-3Dを用いた放射移動シミュレーションにより、惑星環および包成分からのダスト温度、光学濃度、放射のモデリング。
• モデル化された密度および温度プロファイルから計算されるトゥームレQパラメータを用いて、惑星環の重力的安定性を評価。
• 観測方向（傾き）を自由パラメータとして組み込み、その観測SEDおよび分類への影響を評価。
• 雲の崩壊に関する流体力学的および磁気力学的シミュレーション（例：Bate 2018；Wurster et al. 2019a）とモデル化された惑星環性質を比較。
• モデル可視化および可視度平面解析にpdspyとGALARIOを用い、ベイズ推論にはemceeを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 標準的プロト星分類法が示唆するように、クラス0からクラスIIにかけて惑星環ダスト質量および半径が系統的に進化するのか？
• RQ2 観測された全波長放射温度またはSED分類は、真の進化段階を反映しているのか、それとも観測方向の影響を受けてバイアスされているのか？
• RQ3 得られた惑星環性質は、プロト星形成の流体力学的および磁気力学的シミュレーションの予測とどの程度一致するか？
• RQ4 トゥームレQパラメータによる測定で、観測されたプロト星惑星環の重力的安定性はいかほどか？
• RQ5 単純なフラックスベースの惑星環質量推定値と放射移動モデリングに基づく推定値との間に、どの程度の乖離が生じるのか？

主な発見

• サンプルの中央値としての惑星環ダスト質量は5.8+4.6−2.7 M⊕であり、中央値としてのダスト半径は29.4+4.1−3.2 auであり、小規模で比較的低質量な惑星環であることが示された。
• 半径が100 auを超える惑星環はわずか11.3%+4.6%−3.4%にとどまり、大多数のプロト星惑星環がコンパクトであることが確認された。
• クラス0、I、フラットスペクトルの源の間で、惑星環ダスト質量または半径に統計的に有意な差は認められず、これらの分類が明確に異なる進化段階を示すという仮定に疑問が呈された。
• フラットスペクトル源の傾き角度の分布は、クラス0およびI源とは顕著に異なり、かつ傾き角度と全波長放射温度が相関していることから、観測方向が進化段階分類に混入していることが示された。
• 単純なフラックス測定から得られる惑星環質量は、放射移動モデリングによる真の質量と比較して系統的に低く見積もられ、その乖離は主に温度構造および惑星環半径の効果に起因している。
• トゥームレQパラメータの結果から、大多数の惑星環は重力的に安定していることが示され、わずかに不安定性の兆候を示すものも少数存在した。