[論文レビュー] Time-dependent accretion and ejection implied by pre-stellar density profiles

R. N. Henriksen, P. André+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 1997

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、特異的でない平坦化された前星間核密度分布が、原始星の崩壊期における一時的な時間依存的降着と噴出の段階を引き起こし、Class 0からClass Iの若い原始星（YSO）における噴出活動の低下を説明すると提案している。モデルは、特異的でない核からの超音速降下によって、原始星形成直後に高い初期降着率を予測するが、有限な質量貯蔵庫のため時間とともに減少し、Class 0の強力なジェットとClass Iの弱い噴出物と一致する。

ABSTRACT

Recent observations suggest that mass ejection and mass accretion both decline significantly with time during early protostellar evolution (Bontemps et al. 1996). In the present paper, we propose that this rapid decay of accretion/ejection activity is a direct result of the non-singular density profiles characterizing pre-collapse clouds. The radial density profiles of pre-stellar cores are indeed found to be much flatter than rho(r) ~ r(-2) at radii less than a few thousand AU (Ward-Thompson et al. 1994). Here we show, through Lagrangian analytical calculations, that the supersonic gravitational collapse of pre-stellar cloud cores with centrally peaked, but flattened density profiles leads to a transitory phase of energetic accretion immediately following the formation of the central hydrostatic protostar. Physically, the flat inner region collapses first nearly homologously to form a finite mass stellar nucleus, and the remaining cloud core material then accretes supersonically onto a non-zero point mass. Enhanced accretion persists as long as the gravitational pull of this initial point mass, which does not exist in the Shu singular solution, remains significant. We suggest that this epoch of vigorous accretion coincides with Class 0 protostars, which would explain their unusually powerful jets compared to the more evolved Class I objects. We also use a simple two-component power-law model to fit the diagrams of outflow power versus envelope mass observed by Bontemps et al. (1996), and suggest that rho Ophiuchi and Taurus young stellar objects follow different accretion histories because of differing initial conditions.

研究の動機と目的

• Class 0からClass Iの若い原始星（YSO）における観測された降着および噴出活動の低下を説明すること。
• 特異的でない平坦化された前星間核密度分布が原始星崩壊の力学に与える影響を調査すること。
• 特異的でない核における降着率の時間的変化をモデル化し、標準的な特異的Shuモデルと比較すること。
• 予測された一時的な高降着段階を、Class 0の原始星における観測されたエネルギーの高いジェットと結びつけること。
• 初期核条件を介して、Taurusとρ OphiuchiのYSO集団間の降着歴の違いを説明すること。

提案手法

• 特異的でない平坦化された密度分布を持つ前星間核の重力的崩壊をモデル化するためにラグランジュ的解析的手法を用いる。
• 核形成後の超音速崩壊段階を記述するために、零圧、自己相似的楕円形流れ解（L/P解）を適用する。
• 流れが準平衡状態から超音速崩壊に移行する臨界時刻 $-t_{ff}(N)$ を定義し、降着段階の開始を示す。
• 次元なし変数 $ ho_N$, $r_N$, および $ ho_c$ を用いて降着率 $ ilde{M}_{acc}$ を導出する。漸近的極限では $ ilde{M}_{acc} ightarrow rac{2 ilde{a}_s^3}{ ilde{G}}$ となる。
• 初期核条件と降着率を関連付けるために、パラメータ $ ilde{ ho}_N ightarrow rac{ ilde{ ho}_N ilde{a}_s^2}{ ilde{G}}$ を導入する。
• 2成分のべき乗則モデルを用いて、観測された噴出エネルギーとエンvelope質量の関係図をフィットし、異なる領域における降着歴の差を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 特異的でない平坦化された前星間核密度分布は、原始星崩壊期における降着および噴出の時間的変化にどのように影響を与えるか？
• RQ2 なぜClass 0の原始星はより強いジェットを示すのか、そしてこれは時間依存的降着によって説明可能か？
• RQ3 核構造と質量貯蔵庫の観点から、Class 0からClass Iへの噴出活動の低下の原因は何か？
• RQ4 特異的でない核モデルにおける降着率は、標準的なShuモデルが予測する定常値と比べてどう異なるか？
• RQ5 なぜTaurusとρ OphiuchiのYSOは異なる降着歴を示すのか、初期核条件はこの差をどのように説明できるか？

主な発見

• 特異的でない平坦化核モデルは、特異的でない初期分布からの超音速降下によって、原始星形成直後に一時的な強化された降着段階を予測する。
• 初期降着率は、最初の崩壊段階における高い降下速度のため、Shuモデルの定常値 $ ilde{a}_s^3/ ilde{G}$ を上回る。
• 有限な質量貯蔵庫のため時間とともに降着率が減少し、後期の降着においては最終的減少に至る。これは、弱いClass Iの噴出物と観測結果と一致する。
• 漸近的降着率は $ ilde{M}_{acc}^{asymptote} = -rac{2 ilde{a}_s^3}{ ilde{G}} imes rac{2}{ ilde{ ho}_N^3} imes rac{1}{ ilde{ ho}_N^3}$ に収束し、数値係数は $0.900 ilde{ ho}_N^3$ である。
• モデルは、Class 0の原始星が高降着段階にあり、それゆえに強力なジェットを発生させることを予測する。一方、Class Iの源は降下段階にある。
• 噴出エネルギーとエンvelope質量の2成分べき乗則フィットは、TaurusのClass I源が標準的なShuモデルに従うのに対し、ρ OphのClass I源は初期核条件の違いにより最終降着段階にあることを示唆する。