[논문 리뷰] Spitzer-IRS spectra of disks around T Tauri stars II. PAH emission features

Vincent Geers, J.‐C. Augereau외 11명|ArXiv.org|2006. 09. 06.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 95

한 줄 요약

이 연구는 54개의 주진행성 전단계 별에 대한 Spitzer-IRS 5–35 μm 스펙트럼을 분석하여, 적어도 3개의 T Tauri 별과 5개의 Herbig Ae/Be 별에서 밀도 높은 PAH 발광을 검출하였다. T Tauri 시스템에서의 PAH 검출률 하한은 8%이며, 복사 전달 모델링 결과, T Tauri 디스크에서는 PAH 농도가 낮아(은하간 물질 값보다 10–100배 낮고), 11.2 μm에서 가장 검출 가능하며, 내부 먼지 홀이 존재하는 디스크에서는 11 μm 연속성의 억제로 인해 더욱 두드러진다.

ABSTRACT

Aims: We search for PAH features towards T Tauri stars and compare them with surveys of Herbig Ae/Be stars. The presence and strength of the PAH features are interpreted with disk radiative transfer models exploring the PAH feature dependence on the incident UV radiation, PAH abundance and disk parameters. Methods: Spitzer Space Telescope 5-35 micron spectra of 54 pre-main sequence stars with disks were obtained, consisting of 38 T Tauri, 7 Herbig Ae/Be and 9 stars with unknown spectral type. Results: Compact PAH emission is detected towards at least 8 sources of which 5 are Herbig Ae/Be stars. The 11.2 micron PAH feature is detected in all of these sources, as is the 6.2 micron PAH feature where short wavelength data are available. However, the 7.7 and 8.6 micron features appear strongly in only 1 of these 4 sources. PAH emission is observed towards at least 3 T Tauri stars (8% detection rate). The lowest mass source with PAHs in our sample is T Cha (G8). All 4 sources in our sample with evidence for dust holes in their inner disk show PAH emission, increasing the feature/continuum ratio. Typical 11.2 micron line intensities are an order of magnitude lower than those observed for the more massive Herbig Ae/Be stars. Measured line fluxes indicate PAH abundances that are factors of 10-100 lower than standard interstellar values. Conversely, PAH features from disks exposed to stars with Teff<=4200K without enhanced UV are predicted to be below the current detection limit, even for high PAH abundances. Disk modeling shows that the 6.2 and 11.2 micron features are the best PAH tracers for T Tauri stars, whereas the 7.7 and 8.6 micron bands have low feature over continuum ratios due to the strongly rising silicate emission.

연구 동기 및 목표

• Spitzer-IRS 데이터를 활용하여 저질량 T Tauri 별 주위 디스크에서 PAH 발광 특징을 검출하고 특성화하는 것.
• T Tauri 별과 더 질량이 큰 Herbig Ae/Be 별 간의 PAH 발광 강도와 특징을 비교하는 것.
• 복사 전달 모델링을 통해 PAH 발광이 디스크 기하학, 자외선 복사장 및 PAH 농도에 어떻게 의존하는지 조사하는 것.
• 별의 유효 온도와 디스크 구조에 기반한 T Tauri 디스크에서의 PAH 특징 검출 한계를 규명하는 것.
• 낮은 PAH 농도와 디스크 형태가 디스크 화학 및 가열 메커니즘에 미치는 영향를 평가하는 것.

제안 방법

• 38개의 T Tauri, 7개의 Herbig Ae/Be, 9개의 스펙트럼 유형이 알려지지 않은 전진행성 전단계 별에 대해 5–35 μm Spitzer-IRS 스펙트럼 확보.
• 6.2, 7.7, 8.6, 11.2, 12.8 μm에서 PAH 발광 특징을 식별하기 위한 스펙트럼 분석을 수행하며, 주로 11.2 μm를 주요 추적자로 삼음.
• 변동하는 자외선 복사장, PAH 농도, 디스크 기하학을 고려한 휘어진 디스크에 대한 복사 전달 모델링을 적용하여 PAH 발광을 시뮬레이션.
• 관측된 특징 대 연속성 비율을 모델 예측과 비교하여 PAH 농도와 디스크 구조를 추론.
• SED 모델링과 공간 해상도가 있는 데이터를 활용하여 디스크 내 PAH 발광의 공간 범위와 기원을 평가.
• 별의 유효 온도(T_eff)에 기반한 검출 한계 평가를 수행하였으며, 모델은 T_eff < 4200 K일 경우 고려된 PAH 농도조차도 검출 불가능함을 보여줌.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Spitzer-IRS 데이터를 활용하여 T Tauri 별 주위 디스크에서 PAH 발광 특징의 검출률은 얼마인가요?
• RQ2 T Tauri 디스크에서의 PAH 특징 강도와 형태는 Herbig Ae/Be 별과 비교해 볼 때 어떻게 다릅니까?
• RQ3 디스크 기하학, 특히 내부 먼지 홀이 PAH 특징의 검출 가능성을 높이는 데 어떤 역할을 합니까?
• RQ4 T Tauri 디스크 내에서 추정되는 PAH 농도는 얼마이며, 일반적인 은하간 물질 값과 비교해 보면 어떻게 됩니까?
• RQ5 왜 대부분의 T Tauri 별에서는 PAH 특징이 검출되지 않으며, 특히 T_eff < 4200 K인 별에서는 더욱 그러한가요?

주요 결과

• 적어도 3개의 T Tauri 별과 5개의 Herbig Ae/Be 별에서 PAH 발광이 검출되었으며, T Tauri 시스템에서의 PAH 검출률 하한은 8%이다.
• 모든 8개의 PAH 발광이 확인된 소스에서 11.2 μm PAH 특징이 검출되었으며, 4개의 소스에서 단파장 커버리지가 있는 경우 6.2 μm 특징도 관측되었다.
• 7.7 및 8.6 μm 특징은 대부분의 소스에서 강한 실리케이트 연속성의 덮개로 인해 약하거나 존재하지 않아, T Tauri 디스크에서는 나쁜 추적자이다.
• T Tauri 별에서 측정된 11.2 μm 선 강도는 Herbig Ae/Be 별의 값보다 일반적으로 10배 낮다.
• 모델 예측과의 광도 비교를 통해 T Tauri 디스크 내 PAH 농도는 표준 은하간 물질 값보다 10–100배 낮다고 추정된다.
• 내부 먼지 홀이 존재하는 것으로 보이는 4개의 T Tauri 별 모두에서 11.2 μm PAH 특징 대 연속성 비율이 높아, 11 μm에서 연속성이 낮아지면 검출 가능성이 높아짐을 시사한다.