[논문 리뷰] Star formation in Perseus. IV. Mass dependent evolution of dense cores

J. Hatchell, G. A. Fuller|ArXiv.org|2008. 03. 07.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 56인용 수 31

한 줄 요약

이 논문은 페르세우스 분자운에서 질량이 큰 조밀핵이 주로 형성 중인 별이며, 낮은 질량의 핵들은 더 자주 별이 없는 것으로 나타나는 이유를 조사한다. 코어 질량 진화도(CMEDs)를 사용하여, 질량이 큰 핵에서 더 빠른 진화 timescale과 지속적인 질량 응집이 관측된 질량 의존적 형성 중인 별 초과 현상의 원인을 설명하며, 이는 질량이 큰 핵의 진화 속도가 느리기 때문이 아니라고 규명한다. 결과적으로, 형성 전 핵의 질량 함수(CMF)는 초기 질량 함수(IMF)보다 더 급격할 가능성이 있으며, 이는 분할과 선택 효과가 이를 상쇄하여 관측된 IMF 형태를 유지시킨다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

In our SCUBA survey of Perseus, we find that the fraction of protostellar cores increases towards higher masses and the most massive cores are all protostellar. In this paper we consider the possible explanations of this apparent mass dependence in the evolutionary status of these cores, and the implications for protostellar evolution and the mapping of the embedded core mass function (CMF) onto the stellar IMF. We consider the following potential causes: dust temperature; selection effects in the submillimetre and in the mid-infrared observations used for pre/protostellar classification; confusion and multiplicity; transient cores; and varying evolutionary timescales. We develop Core Mass Evolution Diagrams (CMEDs) to investigate how the mass evolution of individual cores maps onto the observed CMF. Two physical mechanisms -- short timescales for the evolution of massive cores, and continuing accumulation of mass onto protostellar cores -- best explain the relative excess of protostars in high mass cores and the rarity of massive starless cores. In addition, confusion both increases the likelihood that a protostar is identified within a core, and increases mass assigned to a core. The observed pre/protostellar mass distributions are consistent with faster evolution and a shorter lifetime for higher-mass prestellar cores. We rule out longer timescales for higher-mass prestellar cores. The differences in the prestellar and protostellar mass distributions imply that the prestellar CMF (and possibly the combined pre+protostellar CMF) should be steeper than the IMF. A steeper prestellar CMF can be reconciled with the observed similarity of the CMF and the IMF in some regions if a second opposing effect is present, such as the fragmentation of massive cores into multiple systems.

연구 동기 및 목표

• 페르세우스 분자운에서 관측된 형성 중인 별과 별이 없는 핵의 분포에 대한 질량 의존적 특성을 설명하기 위해.
• 선택 효과인지 물리적 진화 과정인지가 질량이 큰 핵에서 형성 중인 별의 초과 현상 원인인지 규명하기 위해.
• 형성 전 핵의 질량 함수(CMF)가 별의 초기 질량 함수(IMF)에 어떻게 대응되는지 평가하기 위해.
• 혼란, 다중성, 일시적 핵이 관측된 핵 질량 분포의 형태를 어떻게 형성하는지 평가하기 위해.
• 전체 질량 스펙트럼에서 핵의 진화 timescale과 질량 응집 행동을 제약하기 위해.

제안 방법

• 코어 질량 진화도(CMEDs)를 구축하여 핵 질량의 시간에 따른 변화와 관측된 CMF에 대한 맵핑을 시각화하기 위해.
• SCUBA 850 μm 및 스피처 중간 적외선 데이터 분석을 통해 중간 적외선 검출 및 분자 기체류의 유무에 따라 핵을 별이 없는 핵 또는 형성 중인 별로 분류하기 위해.
• 서브밀리미터 및 중간 적외선 탐색에서의 탐지 한계, 혼란, 다중성, 일시적 핵 형성 등의 선택 효과 평가하기 위해.
• 형성 전 핵과 형성 중인 별의 관측된 핵 질량 함수(CMF)를 비교하여 진화 경향 추론하기 위해.
• 진화 시나리오 모델링: 핵 진화 timescale의 변화, 지속적인 질량 응집, 분할 효과 분석하기 위해.
• 통계적 분석을 활용하여 CMF 형태의 차이가 선택 효과인지 본질적 물리적 과정 때문인지 테스트하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 왜 페르세우스에서 가장 질량이 큰 핵들은 유일하게 형성 중인 별이지만, 낮은 질량의 핵들은 주로 별이 없는가?
• RQ2 핵 진화 timescale의 차이가 형성 중인 별 핵 비율의 질량 의존적 특성 원인인가?
• RQ3 집락 지역에서의 혼란과 다중성은 핵 질량 및 분류 측정에 얼마나 큰 편향을 초래하는가?
• RQ4 형성 중인 별 단계에서 지속적인 질량 응집이 질량이 큰 별이 없는 핵의 부재를 설명할 수 있는가?
• RQ5 관측된 질량 분포의 불일치를 감안할 때, 형성 전 핵의 질량 함수(CMF)와 별의 초기 질량 함수(IMF)는 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• 높은 질량에서 관측된 형성 중인 별의 초과 현상은 질량이 큰 핵의 진화 timescale이 더 길기 때문이 아니라 더 짧기 때문이 가장 잘 설명된다.
• 형성 중인 별 핵에서 지속적인 질량 응집이 형성 중인 별의 질량 피크가 형성 시점에 도달하는 것보다 더 중요한 기여를 하며, 이는 고질량 형성 중인 별의 초과 현상 원인이다.
• 집락 지역에서의 혼란은 별이 없는 핵을 형성 중인 별로 잘못 분류하고 핵 질량 추정치를 과대평가할 가능성을 높인다.
• 선택 효과, 특히 저광도 형성 중인 별의 탐지 어려움이 낮은 질량의 별이 없는 핵의 초과 현상에 기여한다.
• 형성 전 핵의 질량 함수는 초기 질량 함수보다 더 급격할 가능성이 있으며, 이는 일반적으로 CMF와 IMF 간 직접 맵핑이 있다고 가정하는 것과 모순된다.
• 질량이 큰 핵의 분할로 다중 시스템 형성이 발생하면 더 급격한 CMF를 상쇄시킬 수 있으며, 이는 일부 영역에서 관측된 CMF와 IMF 형태가 유사한 이유를 설명할 수 있다.