[논문 리뷰] Completion of a SCUBA survey of Lynds dark clouds and implications for low-mass star formation

Anja E. Visser, John Richer외 1명|CERN Bulletin|2002. 09. 04.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 1인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 850 µm에서 린즈 어두운 구름에 대한 SCUBA 조사 완료하여 초기 저질량 항성 형성의 초기 단계를 제약하기 위해 프로토항성과 항성 없는 코어를 탐지하였다. 연구 결과, Class 0 및 Class I 프로토항성의 수명은 유사하게 짧으며 약 ~2×10⁵ 년으로 추정되며, 이는 이전에 Class 0 단계가 짧았다는 가정에 도전하는 바이며, 항성 없는 코어의 수명은 약 ~8×10⁵ 년으로 나타나 자유 낙하 시간스케일에서 빠른 역학적 붕괴를 겪고 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We have carried out a survey of optically-selected dark clouds using the bolometer array SCUBA on the James Clerk Maxwell Telescope, at 850 microns wavelength. The survey covers a total of 0.5 square degrees and is unbiased with reference to cloud size, star formation activity, or the presence of infrared emission. Several new protostars and starless cores have been discovered; the protostars are confirmed through the detection of their accompanying outflows in CO(2-1) emission. The survey is believed to be complete for Class 0 and Class I protostars, and yields two important results regarding the lifetimes of these phases. First, the ratio of Class 0 to Class protostars in the sample is roughly unity, very different from the 1:10 ratio that has previously been observed for the rho Ophiuchi star-forming region. Assuming star formation to be a homogeneous process in the dark clouds, this implies that the Class 0 lifetime is similar to the Class I phase, which from infrared surveys has been established to be approximately 200,000 yr. It also suggests there is no rapid initial accretion phase in Class 0 objects. A burst of triggered star formation some 100,000 yr ago can explain the earlier results for rho Ophiuchus. Second, the number of starless cores is approximately twice that of the total number of protostars, indicating a starless core lifetime of approximately 800,000 yr. These starless cores are therefore very short-lived, surviving only two or three free-fall times. This result suggests that, on size scales of 10,000 AU at least, the dynamical evolution of starless cores is probably not controlled by magnetic processes.

연구 동기 및 목표

• 850 µm에서 린즈 어두운 구름에 대한 민감하고 편향 없는 SCUBA 조사를 수행하여 임베디드 프로토항성과 항성 없는 코어를 식별하기.
• 완전한 소스 샘플을 이용해 초기 프로토항성 단계(클래스 0 및 클래스 I)의 수명을 추정하기.
• 관측된 프로토항성 단계 지속 시간을 이론적 예측과 비교하여 저질량 항성 형성 모델을 검증하기.
• 항성 없는 코어 수명 측정을 통해 자기장과 역학적 과정이 코어 진화에 미치는 영향을 평가하기.
• 특히 ρ 오테리우시에서 관측된 1:10의 클래스 0 대 클래스 I 비율과 같은 이전 조사의 모순을 더 완전한 샘플을 사용하여 해결하기.

제안 방법

• 850 µm에서 0.5 제곱도의 하늘을 커버하는 제임스 클락 마크스웰 전리텔레스코프의 SCUBA 볼로메터 어레이를 사용해 깊고 편향 없는 밀리미터파 조사를 실시하였다.
• 하나의 밀리미터파 연속 방출을 통해 프로토항성을 식별하고, 기류를 추적하는 CO(2–1) 선 방출을 통해 확인하였다.
• 스펙트럼 에너지 분포 피팅과 기류 탐지 기반으로 소스를 클래스 0 또는 클래스 I로 분류하였다.
• 기류 또는 적외선 방출이 없는 밀리미터파 피크로 항성 없는 코어를 식별하였다.
• 동일한 항성 형성 조건을 가정할 때 관측된 클래스 0 대 클래스 I 소스 비율을 사용해 상대 수명을 추정하였다.
• 항성 없는 코어의 반경 방향 강도 프로파일에 등온 모델을 피팅하여 질량과 역학적 진화 시간스케일을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저질량 항성 형성에서 클래스 0 및 클래스 I 프로토항성 단계의 상대 수명은 얼마인가?
• RQ2 왜 ρ 오테리우시 영역에서는 클래스 0 대 클래스 I 프로토항성 비율이 1:10으로 나타나지만, 이 조사에서는 비율이 약 1:1에 가까운가?
• RQ3 항성 없는 코어는 항성으로 붕괴되기 전까지 얼마나 오래 지속되는가?
• RQ4 항성 없는 코어의 역학적 시간스케일은 자유 낙하 붕괴와 일치하는가, 아니면 자기장 제어를 받는가?
• RQ5 관측된 프로토항성과 코어의 분포가 저질량 항성 형성의 초기 응집 역사 모델을 제약할 수 있는가?

주요 결과

• 이 조사에서 클래스 0 대 클래스 I 프로토항성의 비율은 약 1:1로 나타나, 이들의 수명이 유사함을 시사하며, 클래스 I 단계는 약 ~2×10⁵ 년 지속된다고 추정된다.
• 따라서 클래스 0 수명은 약 ~2×10⁵ 년으로 추정되며, 이는 ρ 오테리우시에서 이전에 추정된 약 ~2×10⁴ 년과는 다름을 보여주며, 초기에 급속 응집 단계가 없음을 시사한다.
• 항성 없는 코어의 수는 프로토항성의 수의 약 두 배이며, 이는 항성 없는 코어 수명이 약 ~8×10⁵ 년임을 시사한다.
• 항성 없는 코어는 자유 낙하 시간스케일의 2~3배만 지속되며, 이는 그들의 역학적 진화가 약 10⁴ AU 규모에서 자기장에 의해 제어되지 않는다는 것을 의미한다.
• ρ 오테리우시에서의 비율 차이의 원인은 약 10⁵ 년 전에 촉발된 항성 형성 폭발로 설명된다. 이는 일시적으로 클래스 0 인구를 증가시켰을 것이다.
• 이 조사는 클래스 0 및 클래스 I 프로토항성에 대해 완전하며, 저질량 항성 형성에서 수명 추정을 위한 강력한 통계적 샘플을 제공한다.