[論文レビュー] Young Circumstellar Disks and Their Evolution: A Review

Lynne A. Hillenbrand|arXiv (Cornell University)|Oct 23, 2002

Astro and Planetary Science参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本レビューは、若い周星系円盤およびその進化を理解するための観測的・理論的進展を統合し、円盤の消滅 timescale、ダストおよびガスの進化、そして惑星形成との関連性に焦点を当てる。円盤の割合、降着率、質量は年齢とともに減少するが、大きな分散を示しており、惑星系形成の timescale を制約するため、5–50 Myr 範囲のより良いサンプルの必要性が強調されている。

ABSTRACT

A detailed understanding of the physics of star and planet formation requires study of individual objects as well as statistical assessment of global properties and evolutionary trends. Observational investigations of circumstellar material surrounding young stars have matured to the point that both spectral energy distributions sampled over more than four decades in wavelength and spatially resolved images or interferometric visibilities at limited optical/infrared and sub-/millimeter wavelengths are becoming available, though for few individual objects at present. Data on star/disk systems combined with continuing surveys for exo-solar planets themselves will lead to constraints on the likelihood and frequency of solar system formation. An overarching goal of these pursuits is to connect what is observed elsewhere with the history of our own solar solar system, and hence enhance our appreciation of the uniqueness -- or lack thereof -- of the human circumstance.

研究の動機と目的

• 若年齢周星系円盤に関する現在の観測的・理論的理解を統合し、星および惑星形成における役割を明らかにすること。
• 円盤の消滅 timescale および円盤の性質（質量、降着率、ダスト組成）の年齢依存的進化を評価すること。
• 円盤の進化と惑星系形成を結びつけ、特に我々の太陽系の文脈において検討すること。
• 現在のデータにおける重要なギャップ、特に5–50 Myr の年齢範囲で十分にサンプル化されていない星の集団の欠如を特定すること。
• 近い将来のミッション（SIRTF、SOFIA、ALMA、NGST、CELT、SIM）を活用した今後の観測戦略を、円盤構造および進化の詳細な制約に導くこと。

提案手法

• 波長が4桁以上にわたるスペクトルエネルギー分布（SED）の分析により、円盤の性質（質量、温度、幾何構造）を推定する。
• 可視光・赤外およびサブミリ波長帯での空間分解像および干渉計測定による観測を用い、円盤構造を解明する。
• 星の年齢関数としての円盤割合、平均降着率、平均円盤質量の統計的評価により、消滅の傾向を推定する。
• 放射線輸送モデルの適用により、球対称的降着包覆層および円盤降着の文脈で観測されたSEDに適合させる。
• 直接撮像、適応光学、コロナグラフィー、および径速度サーベイのデータ統合により、同伴天体の頻度および性質を制約する。
• 背景星の光度測定による減光マッピングを用い、崩壊前の分子核の密度プロファイルを推定し、ボナー＝エーベルト球モデルの検証を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 円盤の消滅を駆動する主な物理的プロセスは何か。それらはどのような timescale で発生するか。
• RQ2 星の年齢とともに円盤質量、降着率、ダスト性質はどのように進化するか。これらの傾向における観測的分散はどの程度か。
• RQ3 若年齢系における観測された円盤性質が、惑星系（太陽系アナログを含む）形成とどの程度相関しているか。
• RQ4 星および亜星同伴が円盤構造をどのように形作り、円盤の消滅にどのように影響しているか。
• RQ5 今後の宇宙・地上望遠鏡（例：ALMA、NGST、SOFIA）は、円盤表面密度およびガス含有量の進化をどの程度良く制約できるか。

主な発見

• 円盤割合、平均降着率、平均円盤質量は、いずれも星の年齢が増加するにつれて減少傾向を示しており、進行的消滅を示している。
• 円盤の消滅 timescale は10^6年未塔から10^7年以上にわたり、システム間で顕著なばらつきを示しており、多様な進化経路があることを示唆している。
• 観測的証拠により、初期の固体の処理が示されており、星間ダストパラメータから若年円盤ではより処理されたダストへと進化している。
• 任意の年齢においても円盤性質に大きな分散が観測されており、普遍的な円盤進化モデルの構築を複雑にしている。
• 直接撮像により周星系円盤の存在が確認されており、ALMA や今後のミッションによる高解像度データにより、径方向および方位方向の構造マッピングが可能になる。
• 褐色矮星および惑星同伴の頻度は軌道半径が大きいほど増加し、3 AU未塔では0.3%未塔、数千AUでは10%未塔に達する。これは、円盤構造と同伴形成との間に相関がある可能性を示唆している。