[논문 리뷰] Multiple protostellar systems. I. A deep near infrared survey of Taurus and Ophiuchus protostellar objects

Gaspard Duchêne, J. Bouvier외 3명|ArXiv.org|2004. 07. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 43인용 수 83

한 줄 요약

이 연구는 투우스와 올리아쿠스의 63개의 임베디드 프로토스타를 대상으로 한 깊은 적외선 영역 조사에서, 110–1400 AU 간격을 가진 시스템에서 동반성성성 별 비율이 27% ± 6%임을 발견하였다—태양계 근처의 G형 주계열 별에서 관측된 빈도의 두 배이다. 결과는 핵심의 천체 역학적 분열이 별 형성 과정에서 흔한 결과임을 시사하며, 이러한 영역 내의 초기 조건이나 환경 조건과는 무관하게 다중성 비율이 유지됨을 나타낸다.

ABSTRACT

(Abridged) We performed a deep infrared imaging survey of 63 embedded young stellar objects (YSOs) located in the Taurus and Ophiuchus clouds to search for companions. The sample includes Class I and flat infrared spectrum protostellar objects. We find 17 companions physically bound to 15 YSOs with angular separations in the range 0.8-10" (110-1400 AU) and derive a companion star fraction of 23+/-9 % and 29+/-7 % for embedded YSOs in Taurus and Ophiuchus, respectively. In spite of different properties of the clouds and especially of the prestellar cores, the fraction of wide companions, 27+/-6 % for the combined sample, is identical in the two star-forming regions. This suggests that the frequency and properties of wide multiple protostellar systems are not very sensitive to specific initial conditions. Comparing the companion star fraction of the youngest YSOs still surrounded by extended envelopes to that of more evolved YSOs, we find evidence for a possible evolution of the fraction of wide multiple systems, which seems to decrease by a factor of about 2 on a timescale of about 10^5 yr. Somewhat contrary to model predictions, we do not find evidence for a sub-clustering of embedded sources at this stage on a scale of a few 100 AU that could be related to the formation of small-N protostellar clusters. Possible interpretations for this discrepancy are discussed.

연구 동기 및 목표

• 투우스(수면적, 저밀도)와 올리아쿠스(고밀도, 군집 형성)라는 대조적인 별 형성 영역에서 깊이 임베디드된 프로토스타의 다중성 빈도를 측정하기 위해.
• 넓은 다중 프로토스타계의 특성이 초기 전성운 핵의 조건이나 환경 밀도에 따라 달라지는지 평가하기 위해.
• 확장된 대기권이 있는 임베디드 단계의 Class 0/I YSO와 더 진화한 Class I/II/III 자료를 비교함으로써, 임베디드 단계 동안의 다중성 진화를 조사하기 위해.
• 분자운의 붕괴를 시뮬레이션한 수치 예측을, 약 100 AU 규모에서의 관측된 하위군집 형태와 비교하여 검증하기 위해.
• 초기 프로토스타계가 소형-N 군집 형성의 흔적을 보이는지, 즉 붕괴 과정 중에 작은 N의 군집이 형성되는지를 조사하기 위해.

제안 방법

• Canada-France-Hawaii Telescope와 ESO의 New Technology Telescope를 사용하여 J, H, K 대역의 깊은 적외선 영상 촬영을 수행하여 희미한 동반성성을 탐지하였다.
• 투우스와 올리아쿠스의 Class I 및 평탄한 스펙트럼 프로토스타 63개를 대상으로 하였으며, 이는 임베디드 YSO 인구의 대표성을 갖도록 선택되었다.
• 탐지된 동반성성의 각도 간격과 밝기 비율을 측정하여 물리적 간격과 빛의 세기 비율을 산정하였다.
• 핵심 분열에 관련된 넓은 다중 시스템을 중심으로 하기 위해, 0.8–10″(110–1400 AU)의 간격 범위를 정의하였다.
• 양 지역의 병합 샘플을 사용하여 푸아송 통계를 적용하고 오차 추정치를 산출함으로써 동반성성성 별 비율을 계산하였다.
• 모든 밀도파 확장 대기권이 있는 YSO와 없는 YSO 간의 다중성 빈도를 비교하여 진화 경향을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 투우스와 올리아쿠스 별 형성 영역에서 넓은 다중 프로토스타계(110–1400 AU 간격)의 빈도는 얼마인가?
• RQ2 저밀도 투우스와 고밀도 올리아쿠스 간에 임베디드 YSO의 다중성 빈도는 어떻게 비교되며, 이는 환경 의존성에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 임베디드 단계 동안 프로토스타계의 다중성 빈도는 어떻게 변화하는가, 특히 대기권이 소멸함에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 투우스와 올리아쿠스의 임베디드 프로토스타는 약 수백 AU 규모에서 하위군집으로 조직되어 있는가? 이는 일부 시뮬레이션의 예측과 일치하는가?
• RQ5 관측된 다중성 특성은 초기 성운 핵 붕괴의 수치 시뮬레이션 예측과 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 투우스의 임베디드 YSO에서의 동반성성 별 비율은 23% ± 9%이며, 올리아쿠스에서는 29% ± 7%이며, 두 지역의 통합 비율은 27% ± 6%이다.
• 이 다중성 빈도는 같은 간격 범위에서 태양계 근처의 G형 주계열 별에서 관측된 빈도의 약 두 배이다.
• 투우스와 올리아쿠스 간의 전성운 핵의 크기, 형태, 평균 별 밀도에 상당한 차이가 있음에도 불구하고, 그들의 임베디드 시스템의 다중성 특성은 통계적으로 동일하다.
• 임베디드 단계 동안 약 10⁵년의 시간 스케일 내에 넓은 다중 시스템의 비율이 약 두 배로 감소하는 경향을 보이며, 이는 넓은 시스템의 빠른 붕괴를 시사한다.
• 수백 AU 규모에서 임베디드 YSO의 하위군집화에 대한 증거는 발견되지 않았으며, 이는 일부 전역적 시뮬레이션의 예측과 정반대이다.
• 다른 초기 조건과 환경 조건에도 불구하고 다중성 결과가 유사한 것은, 프로토스타 다중성이 주로 국소적 천체역학적 과정에 의해 결정되며, 전역적 또는 초기 조건에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 시사한다.