[논문 리뷰] Evolution of Disk Accretion

Nuria Calvet, Lee Hartmann외 1명|arXiv (Cornell University)|1999. 02. 23.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 72인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 청소년기 저질량 항성에서 질량 집적률을 초과된 자외선과 발광선을 이용해 추정함으로써, 저밀도 집적률이 껍질에 둘러싸인 원시 항성에서의 간헐적 고속 집적을 암시하며, α ≈ 10⁻²인 점성 원반 모델이 내부 원반 집적을 자발적으로 설명할 수 있음을 밝힌다. 또한 가까운 이중성 별이 원반 진화를 가속시켜 감지되지 않는 원반을 가진 약한 라인 T 타우리 항성의 존재를 설명할 수 있을 것이다.

ABSTRACT

We review the present knowledge of disk accretion in young low mass stars, and in particular, the mass accretion rate and its evolution with time. The methods used to obtain mass accretion rates from ultraviolet excesses and emission lines are described, and the current best estimates of mass accretion rate for Classical T Tauri stars and for objects still surrounded by infalling envelopes are given. We argue that the low mass accretion rates of the latter objects require episodes of high mass accretion rate to build the bulk of the star. Similarity solutions for viscous disk evolution suggest that the inner disk mass accretion rates can be self-consistently understood in terms of the disk mass and size if the viscosity parameter alpha is approximately 1e-2. Close companion stars may accelerate the disk accretion process, resulting in accretion onto the central star in less or equal than 1Myr; this may help explain the number of very young stars which are not currently surrounded by accretion disks (the weak emission T Tauri stars).

연구 동기 및 목표

• 청소년기 저질량 항성에서 질량 집적률에 대한 현재 이해를 종합하는 것, 특히 원시 항성기와 고전적 T 타우리 항성기 동안의 집중.
• 청소년기 천체에서 질량 집적률을 유도하기 위해 사용되는 관측 방법—자외선 초과와 발광선—의 평가.
• 몇몇 매우 어린 항성이 감지 가능한 집적 원반을 갖지 않는 이유를 조사하며, 가까운 이중성 별이 원반 분해를 가속시킬 수 있음을 제안.
• 일정한 알파 매개변수를 가진 점성 원반 진화 모델이 관측된 질량 집적률을 자발적으로 설명할 수 있는지 평가.
• 초기 단계에서 관측된 낮은 질량 집적률과 항성 질량을 형성하기 위해 필요한 고속 집적 이벤트의 필요성을 조화시키는 것.

제안 방법

• 질량 집적 빛의 세기를 유도하기 위해 자외선 초과 측정치를 사용하며, L_acc ≈ (GM_*×𝑒)/R_* 관계를 통해 질량 집적률을 유도.
• Hα, He I 등 발광선 진단법을 활용하여 선 빛의 세기와 이론적 비례 관계를 기반으로 질량 집적률을 추정.
• 일정한 점성 계수 α를 가정하고, 점성 원반 방정식의 유사성 해법을 적용하여 시간에 따라 변화하는 원반 진화를 모델링.
• 고전적 T 타우리 항성과 유입되는 껍질을 둘러싸고 있는 주계열 전 전주기 천체에서의 관측된 질량 집적률과 이론적 원반 진화 궤적을 비교.
• 역학적 상호작용를 통해 운동량 수송을 가속화함으로써, 이중성 별이 원반 집적 시간계를 어떻게 영향을 주는지 고려.
• α ≈ 10⁻²를 가정할 때 관측된 질량 집적률이 원반 질량과 크기와 일관된지 분석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전적 T 타우리 항성과 아직 껍질에 둘러싸인 원시 항성에 대해 현재 가장 좋은 질량 집적률 추정치는 무엇인가요?
• RQ2 청소년기 천체에서 질량 집적률을 추정할 때 자외선 초과와 발광선 측정치는 어떻게 비교될 수 있나요?
• RQ3 일정한 α 매개변수를 가진 점성 원반 진화 모델이 내부 원반 영역에서 관측된 질량 집적률을 설명할 수 있나요?
• RQ4 몇몇 매우 어린 항성이 감지 가능한 집적 원반을 갖지 않는 이유는 무엇이며, 가까운 이중성 별이 원반 분해를 가속시킬 수 있을까요?
• RQ5 초기 단계에서 낮은 관측된 질량 집적률을 고려할 때, 항성의 주요 질량을 형성하기 위해 필요한 질량 집적 역사란 무엇인가요?

주요 결과

• 고전적 T 타우리 항성은 질량 집적률이 약 10⁻⁸에서 10⁻¹⁰ M☉/yr 사이이며, 일반적으로 10⁻⁹ M☉/yr 수준이다.
• 유입되는 껍질에 둘러싸인 원시 항성은 일반적으로 약 10⁻¹⁰ M☉/yr 수준으로 훨씬 낮은 질량 집적률을 보이며, 이는 항성을 형성하기 위해 간헐적 고속 집적 이벤트가 필요함을 암시한다.
• 점성 계수 α ≈ 10⁻²인 점성 원반 모델은 원반 질량과 크기를 고려할 때 관측된 내부 원반 집적률을 자발적으로 설명할 수 있다.
• 가까운 이중성 별의 존재는 원반 집적 시간계를 ≤1 Myr로 단축시킬 수 있으며, 이는 감지되지 않는 원반을 가진 약한 라인 T 타우리 항성의 존재를 설명할 수 있다.
• 관측된 질량 집적률 분포는 항성이 낮은 수준의 장기간 집적과 짧은 지속시간의 고속 폭발 집적의 조합을 통해 형성된다는 시나리오를 지지한다.
• 이론적 유사성 해법과 관측 결과 간의 일관성은 α ≈ 10⁻²가 청소년기 천체계에서 원반 점성의 타당한 평균 값임을 시사한다.