[논문 리뷰] The JCMT Transient Survey: Four Year Summary of Monitoring the Submillimeter Variability of Protostars

Yong-Hee Lee, Doug Johnstone외 50명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 188인용 수 43

한 줄 요약

이 연구는 JCMT를 이용해 295개의 프로스타르 및 관련 천체에 대해 4년간의 마이크로파장 모니터링 조사를 수행하여, 주로 프로스타르인 18개의 장기적 밝기 변동을 보이는 변광성을 규명하였다. 주요 발견은 몇 년 단위의 주기에서의 갑작스러운 물질 붕괴가 총 프로스타르 질량 형성에 기여하는 비율이 몇 퍼센트에 불과하지만, 6개의 천체에서 휘도가 40퍼센트 이상 초과하는 폭발적 붕괴를 관측하여, 장기적인 수십 년 단위로 더 장기적인 관측이 이루어지면 갑작스러운 붕괴가 더 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We present the four-year survey results of monthly submillimeter monitoring of eight nearby ($< 500 $pc) star-forming regions by the JCMT Transient Survey. We apply the Lomb-Scargle Periodogram technique to search for and characterize variability on 295 submillimeter peaks brighter than 0.14 Jy beam$^{-1}$, including 22 disk sources (Class II), 83 protostars (Class 0/I), and 190 starless sources. We uncover 18 secular variables, all of them protostars. No single-epoch burst or drop events and no inherently stochastic sources are observed. We classify the secular variables by their timescales into three groups: Periodic, Curved, and Linear. For the Curved and Periodic cases, the detectable fractional amplitude, with respect to mean peak brightness, is $\sim4$ % for sources brighter than $\sim$ 0.5 Jy beam$^{-1}$. Limiting our sample to only these bright sources, the observed variable fraction is 37 % (16 out of 43). Considering source evolution, we find a similar fraction of bright variables for both Class 0 and Class I. Using an empirically motivated conversion from submillimeter variability to variation in mass accretion rate, six sources (7 % of our full sample) are predicted to have years-long accretion events during which the excess mass accreted reaches more than 40 % above the total quiescently accreted mass: two previously known eruptive Class I sources, V1647 Ori and EC 53 (V371 Ser), and four Class 0 sources, HOPS 356, HOPS 373, HOPS 383, and West 40. Considering the full protostellar ensemble, the importance of episodic accretion on few years timescale is negligible, only a few percent of the assembled mass. However, given that this accretion is dominated by events of order the observing time-window, it remains uncertain as to whether the importance of episodic events will continue to rise with decades-long monitoring.

연구 동기 및 목표

• 매월 모니터링을 통해 프로스타르 및 관련 천체의 장기적 마이크로파장 변동성을 조사하기 위해.
• 초기 별 형성 단계에서의 갑작스러운 붕괴의 빈도와 특성 파악하기 위해.
• 몇 년 단위의 시간 척도에서 갑작스러운 붕괴가 총 프로스타르 질량 형성에 기여하는 정도 평가하기 위해.
• 특히 폭발적 또는 일시적 천체인 변동성 천체를 특정하고 특성화하기 위해.
• 변동성의 영향을 질량 붕괴율과 함께 평가하고, YSO의 밝기 문제에 대한 함의를 분석하기 위해.

제안 방법

• JCMT의 SCUBA-2를 이용해 8개의 근접한 별 형성 영역에서 매월 450 및 850 µm에서 마이크로파장 모니터링을 수행함.
• 295개의 마이크로파장 피크에서 주기적, 곡선형, 선형 변동성을 탐지하고 특성화하기 위해 Lomb-Scargle 주기 분석 기법을 적용함.
• SED 및 진화 단계를 기반으로 천체를 프로스타르(클래스 0/I), 디스크 천체(클래스 II), 별이 없는 코어로 분류함.
• 실제 관측에 기반한 변환 방식을 활용해 마이크로파장 플럭투에이션을 질량 붕괴율의 변동성으로 변환하여 폭발적 기여도를 추정함.
• 지역적 및 진화적 요인에 따른 변동성의 의존성을 평가하기 위해, 지역 및 천체 클래스 간의 변동성 비율을 비교함.
• 교정 안정성과 변동성 탐지에 미치는 영향을 평가하였으며, 교정 향상으로 인해 변동성 천체의 복원률이 증가할 수 있음을 언급함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4년 기준으로 마이크로파장 밝은 프로스타르 및 관련 천체에서 장기적 변동성의 빈도는 어떠한가?
• RQ2 마이크로파장 변동성의 진폭과 시간 척도는 프로스타르 진화 단계(클래스 0 대비 클래스 I)와 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 몇 년 단위의 시간 척도에서 갑작스러운 붕괴 사건이 프로스타르 진화 기간 동안 총 질량 형성에 기여하는 정도는 어느 정도인가?
• RQ4 기존의 폭발적 YSO와 저광도 YSO 간의 마이크로파장 대역에서의 변동성 행동에 차이가 있는가?
• RQ5 더 장기적인 모니터링 기간 동안 갑작스러운 붕괴의 중요성이 어떻게 변화할지, 그리고 교정 안정성이 탐지에 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 18개의 장기적 변광성이 확인되었으며, 모두 프로스타르(클래스 0/I)였고, 단일 시점 폭발 또는 본질적으로 확률적인 천체는 관측되지 않았다.
• 0.5 Jy beam⁻¹ 이상의 밝기 천체 중에서 가시적 변동성의 비율은 약 4%이며, 변동성 천체 비율은 37% (43개 중 16개)에 이르렀다.
• 클래스 0 및 클래스 I 프로스타르 간의 변동성 비율은 유사했으며, 명백한 진화적 의존성은 관측되지 않았다.
• V1647 Ori, EC 53 (V371 Ser), HOPS 356, HOPS 373, HOPS 383, West 40의 6개 천체가 휘도가 안정 상태보다 40퍼센트 이상 초과하는 폭발적 질량 붕괴를 보였다.
• 전체 프로스타르 샘플에서 몇 년 단위의 주기에서의 갑작스러운 붕괴는 총 질량 형성에 몇 퍼센트 정도 기여하였다.
• 관측된 변동성은 관측 창문과 유사한 지속 기간을 가진 사건에 의해 주로 지배되며, 이는 더 장기적인 모니터링이 이루어지면 수십 년 단위에서 갑작스러운 붕괴의 역할이 더 크게 드러날 수 있음을 시사한다.