[논문 리뷰] X-Shooter spectroscopy of young stellar objects in Lupus: Accretion properties of class II and transitional objects

J. M. Alcalá, C. F. Manara외 12명|arXiv (Cornell University)|2016. 12. 21.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 93인용 수 126

한 줄 요약

본 연구는 VLT/X-Shooter를 이용하여 Lupus의 Class II 및 전이(YSO) 대상의 거의 전체 샘플에 대해 축적(accretion) 및 항성(stellar) 속성의 균질한 도출을 제시하고, 기울기가 약 1.6인 L_acc–L_star의 아주 밀접한 관계와 Mdot_acc–M_star의 이중 모드 거동을 드러낸다.

ABSTRACT

We present the results of a study of the stellar and accretion properties of the (almost) complete sample of class II and transitional YSOs in the Lupus I, II, III and IV clouds, based on spectroscopic data acquired with the VLT/X-Shooter spectrograph. Our study combines the dataset from our previous work with new observations of 55 additional objects. We have investigated 92 YSO candidates in total, 11 of which have been definitely identified with giant stars unrelated to Lupus. The stellar and accretion properties of the 81 bona fide YSOs, which represent more than 90% of the whole class~II and transition disc YSO population in the aforementioned Lupus clouds, have been homogeneously and self-consistently derived, allowing for an unbiased study of accretion and its relationship with stellar parameters. The accretion luminosity, Lacc, increases with the stellar luminosity, Lstar, with an overall slope of ~1.6, similar but with a smaller scatter than in previous studies. There is a significant lack of strong accretors below Lstar~0.1Lsun, where Lacc is always lower than 0.01Lstar. We argue that the Lacc-Lstar slope is not due to observational biases, but is a true property of the Lupus YSOs. The logMacc-logMstar correlation shows a statistically significant evidence of a break, with a steeper relation for Mstar<0.2Msun and a flatter slope for higher masses. The bimodality of the Macc-Mstar relation is confirmed with four different evolutionary models used to derive the stellar mass. The bimodal behaviour of the observed relationship supports the importance of modelling self-gravity in the early evolution of the more massive discs, but other processes, such as photo evaporation and planet formation during the YSO's lifetime, may also lead to disc dispersal on different timescales depending on the stellar mass. We also refined the empirical Lacc vs. Lline relationships.

연구 동기 및 목표

• Self-consistent 방법으로 Lupus Class II 및 전이 YSO 인구의 항성 및 축적 속성을 특징짓다.
• 새로운 및 보관된 X-Shooter 데이터를 Lupus I–IV 구름과 결합하여 거의 완전한 목록을 제공한다.
• 연속체 베일링으로부터 L_acc를 도출하고 선 광도 관계를 통해 축적 추정의 강건성을 확인한다.
• 축적 속성과 항성 매개변수(L_star, M_star) 간의 관계를 조사하고 원반 질량 연구와 비교한다.

제안 방법

• 대규모 Lupus YSO 샘플에 대해 넓은 파장 범위(330–2500 nm) X-Shooter 스펙트럼을 얻는다.
• 수소 슬랩 방출이 포함된 UV/광학 연속 초과를 이용해 표준 대조 템플릿 위에 L_acc를 자기 일관적으로 도출한다.
• 스펙트럼을 템플릿 및 광학 표면층 모델로 맞춰 스펙트럴 타입, 소멸, 항성 매개변수를 결정한다.
• 슬랩-모형 피팅 및 여러 방출선 광도로부터 L_acc를 도출하여 일관성을 교차 확인한다.
• 여러 진화 모델을 사용하여 L_acc–L_star 및 Mdot_acc–M_star 관계를 분석하고 항성의 Youth disc 진화 효과를 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Lupus Class II 및 전이 YSO를 균질하게 분석했을 때의 L_acc와 질량 축적율은 어떤가?
• RQ2 L_acc가 항성 광도 L_star와 어떻게 비례하고 Lupus에서 분산은 얼마나 큰가?
• RQ3 Mdot_acc–M_star 관계에 경계가 나타나는가, 또한 그것이 항성 질량 영역에 의존하는가?
• RQ4 Transitional discs가 Lupus에서 full discs에 비해 다른 축적 특성을 보이는가?
• RQ5 도출된 축적 특성이 자기 중력, 포토에바포레이션, 행성 형성 등 원반 진화 이론과 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• L_acc는 L_star와의 관계에서 약 1.6의 기울기를 가지며, 초기 연구들에 비해 분산이 더 작다.
• L_star ≈ 0.1 L_sun 이하에서 L_acc < 0.01 L_star인 강한 축적자(strong accretor)가 현저히 부족하다.
• log Mdot_acc–log M_star 관계는 경계가 보이며, M_star ≤ 0.2 M_sun에서 더 가파르고 그 이상 질량에서 더 완만하다.
• Mdot_acc–M_star 관계의 이분성은 M_star를 도출하기 위해 사용된 네 가지 진화 모델 전반에서 지속되며, 초기 디스 진화에서 자기 중력 효과를 지지하고 다른 소멸 기작일 가능성을 시사한다.
• 확대된 샘플은 많은 선에 대해 균질한 L_acc 및 L_line 측정치를 가진 YSO 수를 두 배 이상 늘려 L_acc–L_line 경험적 관계를 정교하게 다듬었다.
• 연구는 Lupus의 더 넓은 샘플에서도 L_acc–L_line 상관이 유의미함을 확인하고 Lupus Class II/전이 인구의 대부분에 대해 자가 일관 축적 진단을 제공한다.