[논문 리뷰] X-Shooter spectroscopy of young stellar objects: IV -- Accretion in low-mass stars and sub-stellar objects in Lupus

J. M. Alcalá, A. Natta외 12명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 08.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 109인용 수 184

한 줄 요약

이 연구는 루푸스에 위치한 36개의 저질량 및 준행성 연간별 물체에 대한 X-Shooter/VLT 스펙트로스코피를 제시하며, 연속성 과잉 모델링과 복사선 빛의 강도를 통해 수축률 ($")[0-9]+\.",[0-9]+\$)을 유도한다. 이는 이전 연구보다 산란이 적은 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$에 비례하는 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$를 발견하였으며, 라인 강도가 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$에 대해 5개 온도의 범위에서 선형적으로 증가함을 확인하였고, H$")?\w*\$)에 의한 프로파일 모델링은 연속성 방법에 비해 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$에 대해 0.6–0.8 덴의 낮은 값을 산출함을 보여준다.

ABSTRACT

We present X-Shooter/VLT observations of a sample of 36 accreting low-mass stellar and sub-stellar objects (YSOs) in the Lupus star forming region, spanning a range in mass from ~0.03 to ~1.2Msun, but mostly with 0.1Msun < Mstar < 0.5Msun. Our aim is twofold: firstly, analyse the relationship between excess-continuum and line emission accretion diagnostics, and, secondly, to investigate the accretion properties in terms of the physical properties of the central object. The accretion luminosity (Lacc), and from it the accretion rate (Macc), is derived by modelling the excess emission, from the UV to the near-IR, as the continuum emission of a slab of hydrogen. The flux and luminosity (Ll) of a large number of emission lines of H, He, CaII, etc., observed simultaneously in the range from ~330nm to 2500nm, were computed. The luminosity of all the lines is well correlated with Lacc. We provide empirical relationships between Lacc and the luminosity of 39 emission lines, which have a lower dispersion as compared to previous relationships in the literature. Our measurements extend the Pab and Brg relationships to Lacc values about two orders of magnitude lower than those reported in previous studies. We confirm that different methodologies to measure Lacc and Macc yield significantly different results: Ha line profile modelling may underestimate Macc by 0.6 to 0.8dex with respect to Macc derived from continuum-excess measures. Such differences may explain the likely spurious bi-modal relationships between Macc and other YSOs properties reported in the literature. We derive Macc in the range 2e-12 -- 4e-8 Msun/yr and conclude that Macc is proportional to Mstar^1.8(+/-0.2), with a dispersion lower by a factor of about 2 than in previous studies. A number of properties indicate that the physical conditions of the accreting gas are similar over more than 5 orders of magnitude in Macc.

연구 동기 및 목표

• 저질량 및 준행성 YSO의 연속성 과잉과 복사선 진단 기반 수축 메커니즘 간의 관계를 분석하기 위해.
• 중앙 항성의 물리적 매개변수, 특히 질량과 수축 성질 간의 상관관계를 조사하기 위해.
• 다른 방법론에 기인한 수축률 측정의 불일치를 해결하기 위해.
• 수축 빛의 강도($L_{\rm acc}$)와 라인 강도($L_{\rm line}$) 간의 경험적 관계를 더 낮은 $L_{\rm acc}$ 값, 특히 매우 낮은 질량 범위로 확장하기 위해.
• 수축 유동 내 물리 조건이 넓은 수축률 범위에서 일관된지를 시험하기 위해.

제안 방법

• 지역 열역학 평형(LTE) 상태의 수소 판에서 방출되는 것으로 간주하여, 자외선에서 근적외선 영역의 연속성 과잉을 모델링하여 $L_{\rm acc}$를 유도하기 위해.
• 고해상도 X-Shooter 스펙트럼을 통해 330–2500 nm 범위에서 39개의 복사선(H, He, Ca ii 등)의 강도를 측정하기 위해.
• 표준 자기장 막대 수축 물리학을 가정하고, 항성 질량과 반경 추정치를 사용하여 $L_{\rm acc}$에서 $\dot{M}_{\rm acc}$를 유도하기 위해.
• H$\alpha$ 라인 프로파일 피팅에서 유도된 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$와 연속성 과잉 모델링에서 유도된 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$를 비교하여 체계적 편향을 평가하기 위해.
• 39개의 라인에 대해 경험적 $L_{\rm acc}$–$L_{\rm line}$ 관계를 수립하고, 불확실성 평가 및 산란 분석을 수행하기 위해.
• 라인 비율과 강도 분포를 분석하여 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$ 범위에서 수축 물리의 일관성을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연속성 과잉에서 유도된 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$와 H$\alpha$ 라인 프로파일 모델링에서 유도된 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$는 어떻게 비교되는가?
• RQ2 넓은 수축률 범위에서 $L_{\rm acc}$와 개별 복사선 강도 간의 경험적 관계는 무엇인가?
• RQ3 루푸스 YSO 샘플에서 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$–$M_\star$ 관계는 일관된가? 이 산란은 이전 연구와 비교해 어떻게 다를까?
• RQ4 수축 유동 내 물리 조건(예: 라인 비율, 에너지 분포)은 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$의 범위에서 독립적인가?
• RQ5 수축률 유도 방법의 차이가 보고된 수축률 관계의 이중성(비모드성)을 설명하는 데 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• H$\alpha$ 라인 프로파일 모델링은 연속성 과잉 기반 측정에 비해 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$를 0.6에서 0.8 덴 낮게 산출한다.
• 항성 질량에 비례하여 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$가 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$로 나타나며, 이는 이전 연구보다 약 두 배 낮은 산란을 보인다.
• Pa$\beta$와 Br$\gamma$ 라인은 가장 신뢰할 수 있는 $L_{\rm acc}$–$L_{\rm line}$ 관계를 보이며, 산란이 낮고 광학 라인보다 대기 활동에 덜 민감하다.
• 라인 강도는 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$의 5개 온도 이상에 걸쳐 거의 선형적으로 증가하며, 수축 유동 내 물리 조건이 일관된 것을 시사한다.
• 각 라인에 방출되는 $L_{\rm acc}$ 비율과 수소 라인 비율은 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$ 범위에서 거의 일정하게 유지되며, 공통된 수축 기하학을 지지한다.
• 이전에 보고된 $")[0-9]+\.",[0-9]+\$ 관계의 이중성은 일관되지 않은 방법론에 기반한 수축률 유도의 결과로 인한 오류일 가능성이 높다.