[論文レビュー] X-Shooter spectroscopy of young stellar objects: V - Slow winds in T Tauri stars

A. Natta, L. Testi+5 more|Jun 21, 2014

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 62被引用数 45

ひとこと要約

本研究では、ラウルスおよびσ Oriの低質量T Tauri星44個を対象にX-Shooter分光法を用いて禁制線を分析し、速度が20 km/s未塔の遅い風成分（LVC）を同定した。LVCは、<20 km/sの速度、約5000–10,000 Kの高温、10⁸ cm⁻³を超える高密度、星の質量に伴い増加する質量および体積を示す。LVCは、降着光度およびL星光度と強く相関しており、若い星系における風モデルに重要な制約を与える。

ABSTRACT

Disks around T Tauri stars are known to lose mass, as best shown by the profiles of forbidden emission lines of low ionization species. At least two separate kinematic components have been identified, one characterised by velocity shifts of tens to hundreds km/s (HVC) and one with much lower velocity of few km/s (LVC). The HVC are convincingly associated to the emission of jets, but the origin of the LVC is still unknown. In this paper we analyze the forbidden line spectrum of a sample of 44 mostly low mass young stars in Lupus and $σ$-Ori observed with the X-Shooter ESO spectrometer. We detect forbidden line emission of [OI], [OII], [SII], [NI], and [NII], and characterize the line profiles as LVC, blue-shifted HVC and red-shifted HVC. We focus our study on the LVC. We show that there is a good correlation between line luminosity and both L$_{star}$ and the accretion luminosity (or the mass-accretion rate) over a large interval of values (L$_{star}$ $\sim 10^{-2} - 1$ L$_\odot$; L$_{acc}$ $\sim 10^{-5} - 10^{-1}$ L$_\odot$; $\dot M_{acc}$ $\sim 10^{-11} - 10^{-7}$ M$_\odot$/yr). The lines show the presence of a slow wind ($V_{peak}&lt;20$ km/s), dense ($n_H&gt;10^8$ cm$^{-3}$), warm (T$\sim 5000-10000$ K), mostly neutral. We estimate the mass of the emitting gas and provide a value for the maximum volume it occupies. Both quantities increase steeply with the stellar mass, from $\sim 10^{-12}$ M$_\odot$ and $\sim 0.01$ AU$^3$ for M$_{star}$$\sim 0.1$ M$_\odot$, to $\sim 3 imes 10^{-10}$ M$_\odot$ and $\sim 1$ AU$^3$ for M$_{star}$$\sim 1$ M$_\odot$, respectively. These results provide quite stringent constraints to wind models in low mass young stars, that need to be explored further.

研究の動機と目的

• T Tauri星における低速成分（LVC）の禁制線放射の物理的性質を特徴づけること。
• クラスIIの若い星系において広く観測されるにもかかわらず、その起源が未だ解明されていないLVCの起源を調査すること。
• LVC線の光度と星の光度（L_star）および降着光度（L_acc）との相関関係を特定し、風駆動機構を制約すること。
• 理論的風モデルの検証を目的として、LVCにおける放射ガスの質量および空間的広がりを推定すること。
• LVCが低質量星における磁気的中心力ディスク風か、光蒸発的風かを評価すること。

提案手法

• ラウルスおよびσ OriのT Tauri星44個に対して、ESOのパラナル観測所に設置されたX-Shooter装置を用いて高分解能分光観測を実施した。
• O i、O ii、S ii、N i、N iiの禁制線を分析し、LVC、青シフトおよび赤シフト成分のHVCを分離した。
• 線幅プロファイルをフィッティングして、ピーク速度、半値全幅（FWHM）、および輝度を各成分ごとに抽出した。
• 線の光度を計算し、星の光度（L_star）および降着光度（L_acc）と相関させた。
• 原子線の放射効率を用い、衝突励起を仮定して放射ガスの電子密度（n_H）および温度（T）を推定した。
• LVCを球対称かつ均一な領域とみなしてモデル化し、放射ガスの全質量および最大体積を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T Tauri星の風における低速成分（LVC）の物理的条件（密度、温度、速度）は何か？
• RQ2 さまざまな若い星において、LVCの禁制線光度は降着光度および星の光度とどのように相関するか？
• RQ3 LVCにおける放射ガスの質量および空間的広がりは何か？また、星の質量に伴いどのように変化するか？
• RQ4 LVCは磁気的駆動ディスク風か、熱的駆動の光蒸発的風か、どちらにより一致するか？
• RQ5 観測されたLVCの性質は、低質量の準主系列星における風駆動理論モデルにどのような制約を課えるか？

主な発見

• LVC成分はピーク速度が20 km/s未塔であり、遅い風を示しており、LVC線光度が星の光度（L_star：~10⁻²–1 L⊙）および降着光度（L_acc：~10⁻⁵–10⁻¹ L⊙）と強く相関している。
• 放射ガスは高温（T ~ 5000–10,000 K）、高密度（n_H > 10⁸ cm⁻³）、主に中性であり、ディスク表面または基部からの風に一致する。
• 放射ガスの質量は、0.1 M⊙星では約10⁻¹² M⊙から1 M⊙星では約3×10⁻¹⁰ M⊙にまで増加し、体積は約0.01 AU³から約1 AU³に達する。
• LVC光度は降着率（Ṁ_acc ~ 10⁻¹¹–10⁻⁷ M⊙/yr）と強く相関しており、降着と風による質量損失の直接的関連を示唆する。
• 観測されたLVCの性質は単純な光蒸発モデルと整合せず、むしろディスク表面付近での磁気的駆動風機構を支持する。
• 本結果は、特に低質量T Tauri星におけるディスク風駆動の理論モデルに厳しい制約をもたらし、LVC形成機構のさらなるモデル化の必要性を強調している。