[논문 리뷰] POISSON project - II - A multi-wavelength spectroscopic and photometric survey of young protostars in L 1641

A. Caratti o Garatti, R. García López외 7명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 10.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 111인용 수 35

한 줄 요약

이 연구는 L 1641 성형 영역의 27개의 젊은 원시성자에 대해 NTT와 스피itzer의 가시광선에서 적외선까지의 데이터를 바탕으로 다중 파장 분광 및 광도 측정 조사 결과를 제시한다. 이는 질량 응축 속도가 $\dot{M}_{acc} \propto t^{-1.2}$ 로 감소함을 보여주며, 이는 이전에 가정된 것보다 느린 감쇠를 의미하며, 기하학적 효과가 SED 분류에 심각하게 영향을 미쳐 단지 SED 형태만으로 연령 추정을 하는 데 도전을 제기한다.

ABSTRACT

Characterising stellar and circumstellar properties of embedded young stellar objects (YSOs) is mandatory for understanding the early stages of the stellar evolution. This task requires the combination of both spectroscopy and photometry, covering the widest possible wavelength range, to disentangle the various protostellar components and activities. As part of the POISSON project, we present a multi-wavelength spectroscopic and photometric investigation of embedded YSOs in L1641, aimed to derive the stellar parameters and evolutionary stages and to infer their accretion properties. Our database includes low-resolution optical-IR spectra from the NTT and Spitzer (0.6-40 um) and photometric data covering a spectral range from 0.4 to 1100 um, which allow us to construct the YSOs spectral energy distributions (SEDs) and to infer the main stellar parameters. The SED analysis allows us to group our 27 YSOs into nine Class I, eleven Flat, and seven Class II objects. However, on the basis of the derived stellar properties, only six Class I YSOs have an age of ~10^5 yr, while the others are older 5x10^5-10^6 yr), and, among the Flat sources, three out of eleven are more evolved objects (5x10^6-10^7 yr), indicating that geometrical effects can significantly modify the SED shapes. Inferred mass accretion rates (Macc) show a wide range of values (3.6x10^-9 to 1.2x10^-5 M_sun yr^-1), which reflects the age spread observed in our sample. Average values of mass accretion rates, extinction, and spectral indices decrease with the YSO class. The youngest YSOs have the highest Macc, whereas the oldest YSOs do not show any detectable jet activity in either images and spectra. We also observe a clear correlation among the YSO Macc, M*, and age, consistent with mass accretion evolution in viscous disc models.

연구 동기 및 목표

• L 1641의 임bedded된 젊은 항성 물체(YSO)의 항성 및 원환성 특성을 다중 파장 분광법 및 광도 측정을 통해 특성화하기.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 복사선 분석을 통해 YSO의 진화 단계와 응축 특성을 규명하기.
• 기하학적 편향이 존재할 경우 표준 SED 분류(α₂₋₂₀μm 기반)가 진정된 YSO 연령을 반영하는 데 얼마나 신뢰할 수 있는지 평가하기.
• 저질량 원시성자에서 질량 응축 속도의 시간 진화와 그가 항성 질량 및 연령과 어떻게 관련되어 있는지 조사하기.
• 일시적인 폭발이 저질량 Class I YSO가 일반적인 고전적 T Tauri 항성 질량에 도달하는 데 필수적인지 평가하기.

제안 방법

• L 1641의 27개 YSO에 대해 뉴 테크놀로지 전망대(NTT)와 스피처/IRS를 이용해 저해상도 가시광선에서 적외선 스펙트럼(0.6–40 μm)을 확보하였다.
• 각 소스의 완전한 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구성하기 위해 0.4 μm에서 1100 μm까지의 광도 데이터를 수집하였다.
• SED 기울기 α₂₋₂₀μm와 SED 모델링을 이용해 YSO를 진화 클래스(Class I, 플랫, Class II)로 분류하였다.
• SED 피팅을 통해 시각적 투과도, 스펙트럼 유형, 볼로메트릭 루미노시티, 항성 질량 등의 항성 파rameter를 유도하였다.
• H 재결합선(Paβ, Brγ)을 이용해 질량 응축 속도($\dot{M}_{acc}$)를 추정하고 이론적 점성 원반 모델과 비교하였다.
• 응축 속도, 연령, 항성 질량 간의 상관관계를 분석하여 응축의 시간 진화를 추론하고 $\dot{M}_{acc} \propto t^{-\eta}$ 형태로 피팅하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 디스크 기울기와 양성체 기하학 등 기하학적 효과가 SED 기반 분류를 얼마나 왜곡시키며, 이로 인해 YSO 연령이 잘못 추정되는 정도는 어느 정도인가?
• RQ2 저질량 원시성자에서 질량 응축 속도의 진정된 시간 진화는 어떻게 되며, 점성 원반 모델의 예측과 비교해 볼 때 어떠한가?
• RQ3 Class I YSO가 일반적인 고전적 T Tauri 항성 질량에 도달하기 위해 일시적인 폭발이 필수적인가? 그리고 그 빈도는 얼마나 되는가?
• RQ4 어떤 플랫 스펙트럼 소스들은 SED 분류가 나타내는 것보다 더 오래된 것으로 보이는 이유는 무엇이며, 이러한 괴리의 근본적인 물리적 과정은 무엇인가?
• RQ5 다른 YSO 클래스 간에 응축 루미노시티와 질량 응축 속도는 어떻게 변화하며, 전체 YSO 중 얼마나 많은 비율이 응축 주도($L_{acc} > L_*$)인가?

주요 결과

• 가장 어린 YSO의 질량 응축 속도($\dot{M}_{acc}$)는 t ~ 10⁵ yr일 때 3.6 × 10⁻⁹에서 1.2 × 10⁻⁵ M☉ yr⁻¹ 사이이며, M* ≤ 1 M☉인 경우 평균 약 5 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹이다.
• 10⁵ yr 이상인 YSO에서 $\dot{M}_{acc}$와 연령 간에 명백한 상관관계를 발견하였으며, $\dot{M}_{acc} \propto t^{-1.2}$ 로 나타나, 고전 모델(η ≈ 1.5–2.8)이 예측한 것보다 느린 감쇠를 나타낸다.
• 9개의 Class I YSO 중 6개만 진정으로 어린( t ~ 10⁵ yr); 나머지 3개는 더 오래된(5 × 10⁵ – 10⁶ yr) 것으로 밝혀졌으며, 11개의 플랫 스펙트럼 소스 중 3개는 진화된 상태(5 × 10⁶ – 10⁷ yr)로 나타나, SED 형태만으로는 연령을 잘못 분류할 수 있음을 보여준다.
• 대부분의 YSO는 응축 주도($L_{acc} > L_*$)가 아니며, 오직 소스 #25만 강한 폭발을 보였고, 소스 #20는 약간의 폭발을 보였다. 이는 대부분의 경우 응축이 주요 에너지원이 아님을 시사한다.
• 유도된 $\dot{M}_{acc}$ 값은 타우루스와 어리가 지역의 값보다 약 10배 높으며, 이는 젊은 YSO가 일반적인 CTT 질량에 도달하기 위해 수명의 1–5% 동안 폭발 상태에 있을 필요가 있음을 의미한다.
• 스피처 스펙트럼에서 얼음(H₂O, CO₂)과 비정질 실리케이트(9.7 μm) 흡수 피크를 관측하여 가장 어린 소스에 얼음과 먼지로 이루어진 양성체가 존재함을 확인하였다.