[논문 리뷰] Multiplicity and clustering in Taurus star forming region. II. From ultra-wide pairs to dense NESTs

Isabelle Joncour, Gaspard Duchêne외 2명|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|2018. 09. 07.

Molecular Spectroscopy and Structure참고 문헌 78인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 상관계수 함수와 k-최근접 이웃 통계를 통해 설정된 파arameter를 가진 DBSCAN 군집화 알고리즘을 사용하여 토라우스 성성 영역에서 20개의 조밀하고 밀집된 항성 구조, 즉 NEST(내재된 기본 구조)를 규명하였다. 약 45%의 항성 인구가 이 NEST에 집중되어 있으며, 이들은 약 2 pc 간격으로 규칙적으로 분포하고 있으며 가스 필라멘트와 정렬되어 있으며, Class I 청소년성운의 75%를 포함하고 있어, 초광역 쌍과 흩어진 군집 사이의 중간 공간 척도에서 지속적인 항성 형성의 주요 장소임을 시사한다.

ABSTRACT

Multiplicity and clustering of young pre-main sequence stars appear as critical clues to constrain the star formation process. Taurus is the archetypical example of the most quiescent star forming regions that may still retain primeval signatures of star formation. This work identifies local overdense stellar structures at the 99.8\% confidence level above random expectation using the DBSCAN algorithm, and setting its free parameters based on the one-point correlation function and the k-nearest neighbor statistics. Nearly half of the entire stellar population in Taurus is found to be concentrated in 20 dense, tiny and prolate regions called NESTs (for Nested Elementary STructures). They are regularly spaced ($\approx 2$ pc) and mainly oriented along the gas filaments axes. Each NEST contains between 4 and 23 stars. Inside NESTs, the surface density of stars may be as high as 2500 pc$^{-2}$. Nearly half (11) of these NESTs contain about 75\% of the class 0/I objects. The balance between Class I, II, and, III fraction within the NESTs suggests that they may be ordered as an evolutionary temporal scheme. We have inferred that only 20\% of stars in Taurus do not belong to any kind of stellar groups. The mass of NESTs covers the same range as that of dense molecular cores. The distribution in size is bimodal peaking at 12.5 and 50 kAU and the distribution of the number of YSOs in NESTs as a function of size exhibits two regimes. We propose that the NESTs in their two size regimes represent the spatial imprints of stellar distribution at birth as they may have emerged within few millions years from their natal cloud either from a single core or from a chain of cores. We have identified them as the preferred sites of star formation in Taurus. These NESTs are the regions of highest stellar density and intermediate spatial scale structures between ultra-wide pairs and loose groups.

연구 동기 및 목표

• 토라우스 성성 영역에서 초광역 쌍과 흩어진 군집 사이의 중간 척도 항성 과밀도를 규명하기 위해.
• 이 과밀도가 항성 형성 과정의 천체적 원초적 인장 여부를 판단하기 위해.
• 청소년성운(YSO)의 진화 순서에서 이러한 구조의 역할을 평가하기 위해.
• NEST에 포함된 항성 비율과 고립 또는 느슨하게 결합된 시스템에 포함된 항성 비율을 정량화하기 위해.
• NEST의 물리적 특성, 즉 크기, 밀도, 질량, 공간 분포를 탐색하기 위해.

제안 방법

• 338개의 토라우스 성원의 천구 투영 공간 분포에 DBSCAN 밀도 기반 군집화 알고리즘을 적용하였다.
• DBSCAN의 두 자유 매개변수(eps 및 minPts)를 한 점 상관계수 함수와 누적 k-최근접 이웃 간격 통계를 사용하여 조정하여, 무작위보다 99.8%의 검출 유의도를 확보하였다.
• 1 kAU 이내의 별들을 단일 다중 시스템으로 묶어 다중성과 군집화를 구분하였다.
• 표면 밀도가 높은(최대 2500 pc⁻²), 중앙 이심률이 0.9인 20개의 과밀 구조(NEST)를 식별하였다. 이는 기울어진 형태를 나타낸다.
• 크기, 질량, YSO 수량, 계열 분포(Class 0, I, II, III)의 통계 분석을 통해 NEST를 특성화하였다.
• 보너-에버트 질량-크기 관계를 사용하여 관측된 NEST를 중력 수축 이론적 기대치와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 토라우스에서 초광역 쌍과 흩어진 군집 사이의 중간 척도 항성 구조는 무엇이며, 공간적으로 어떻게 분포되어 있는가?
• RQ2 식별된 NEST는 청소년성운 중에서 잠재적으로 많은 양의 청소년성운(클래스 I 및 클래스 0)을 포함하고 있는가?
• RQ3 YSO 계열 분포에 따라 NEST 내에서 시간적 또는 진화적 순서가 존재하는가?
• RQ4 NEST의 물리적 특성(크기, 질량, 밀도)이 중력 수축 이론 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 토라우스의 별 중 실제로 고립된 별은 어느 정도이며, 이들은 다중성과 군집화와 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 토라우스 전체 항성 인구의 약 45%가 20개의 NEST에 집중되어 있으며, NEST당 중앙값은 5~6개의 별이며 최대 23개의 별을 포함한다.
• NEST 내의 표면 밀도는 최대 2500 pc⁻²에 이르며 평균은 340 pc⁻²이다. 이는 N-body 시뮬레이션에서 관측된 이중성 특성을 재현하기 위해 필요한 初기 부구조 밀도와 일치한다.
• 20개의 NEST 중 11개가 클래스 0 및 클래스 I 청소년성운의 75%를 포함하고 있어, 지속적인 항성 형성의 주요 장소임을 시사한다.
• NEST의 크기 분포는 이중성으로 나타나며, 피크는 각각 12.5 kAU와 50 kAU에 위치하여 두 가지 별개의 형성 메커니즘 또는 진화 단계를 시사한다.
• NEST의 질량-크기 관계는 보너-에버트 기대치와 매우 유사하여, 밀집된 분자핵의 중력 수축에서 기인한 것임을 지지한다.
• 토라우스의 별 중 20%만이 어떤 다중 시스템, 초광역 쌍, 또는 NEST에도 속하지 않으며, 대부분의 별이 군집 환경에서 탄생함을 시사한다.