[論文レビュー] Completion of a SCUBA survey of Lynds dark clouds and implications for low-mass star formation

Anja E. Visser, John Richer+1 more|CERN Bulletin|Sep 4, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、850 µmにおけるLyndsの暗黒星雲のSCUBA調査を完了し、原始星および星なしコアを特定することで、低質量星形成の初期段階を制約した。Class 0およびClass Iの原始星の寿命はほぼ同等であることが判明した（約2×10⁵ yr）、これは従来の短いClass 0段階の仮定に反するものであり、星なしコアの寿命は約8×10⁵ yrであることが明らかになった。これは自由落下時間スケールでの急速な力学的崩壊を示唆している。

ABSTRACT

We have carried out a survey of optically-selected dark clouds using the bolometer array SCUBA on the James Clerk Maxwell Telescope, at 850 microns wavelength. The survey covers a total of 0.5 square degrees and is unbiased with reference to cloud size, star formation activity, or the presence of infrared emission. Several new protostars and starless cores have been discovered; the protostars are confirmed through the detection of their accompanying outflows in CO(2-1) emission. The survey is believed to be complete for Class 0 and Class I protostars, and yields two important results regarding the lifetimes of these phases. First, the ratio of Class 0 to Class protostars in the sample is roughly unity, very different from the 1:10 ratio that has previously been observed for the rho Ophiuchi star-forming region. Assuming star formation to be a homogeneous process in the dark clouds, this implies that the Class 0 lifetime is similar to the Class I phase, which from infrared surveys has been established to be approximately 200,000 yr. It also suggests there is no rapid initial accretion phase in Class 0 objects. A burst of triggered star formation some 100,000 yr ago can explain the earlier results for rho Ophiuchus. Second, the number of starless cores is approximately twice that of the total number of protostars, indicating a starless core lifetime of approximately 800,000 yr. These starless cores are therefore very short-lived, surviving only two or three free-fall times. This result suggests that, on size scales of 10,000 AU at least, the dynamical evolution of starless cores is probably not controlled by magnetic processes.

研究の動機と目的

• 850 µmにおけるLyndsの暗黒星雲の感度が高く偏りのないSCUBA調査を実施し、埋め込まれた原始星および星なしコアを特定すること。
• 完全な源のサンプルを用いて、最も初期の原始星段階（Class 0およびClass I）の寿命を推定すること。
• 観測された原始星段階の期間を理論的予測と比較することで、低質量星形成のモデルを検証すること。
• 星なしコアの寿命を測定することで、磁場および力学的プロセスがコア進化に与える影響を評価すること。
• 特にρ Ophiuchiで観測された1:10のClass 0対Class I比の不一致を、より完全なサンプルを用いて解消すること。

提案手法

• 850 µmにおける深さのある偏りのないサブミリ波長調査を、James Clerk Maxwell望遠鏡のSCUBAボロメータアレイを用いて、0.5平方度の天の川領域で実施した。
• サブミリ波長連続スペクトル放射を用いて原始星を特定し、流れを示すCO(2–1)ライン放射を用いて確認した。
• スペクトルエネルギー分布のフィッティングと流れの検出に基づき、源をClass 0またはClass Iに分類した。
• 関連する流れや赤外放射を伴わないサブミリ波長ピークとして星なしコアを特定した。
• 均一な星形成を仮定して、観測されたClass 0対Class I源の比率を用いて、それらの相対的寿命を推定した。
• 星なしコアの半径方向強度プロファイルに等温モデルをフィットさせ、質量および力学的進化 timescale を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低質量星形成におけるClass 0およびClass I原始星段階の相対的寿命は何か？
• RQ2 ρ Ophiuchi領域ではClass 0対Class I原始星の比が1:10であるのに対し、本調査では比がほぼ1:1である。その理由は何か？
• RQ3 星なしコアは原始星に崩壊するまでどれくらいの期間生存するか？
• RQ4 星なしコアの力学的時間スケールは自由落下崩壊と整合的か、あるいは磁場の制御を受けるか？
• RQ5 観測された原始星およびコアの分布は、低質量星形成における初期降着歴のモデルを制約できるか？

主な発見

• 本調査におけるClass 0対Class I原始星の比率は約1:1であり、それらの寿命がほぼ同等であることを示しており、Class I段階の寿命は約2×10⁵ yrである。
• したがって、Class 0段階の寿命は約2×10⁵ yrと推定され、ρ Ophiuchiからの従来の推定値（約2×10⁴ yr）と矛盾しており、初期の急速な降着段階がないことを示唆している。
• 星なしコアの数は原始星の数の約2倍であるため、星なしコアの寿命は約8×10⁵ yrであると示唆される。
• 星なしコアは自由落下時間の2〜3倍しか生存しないため、約10⁴ AUスケールでは磁場がその力学的進化を制御していないことが示された。
• ρ Ophiuchiの比の不一致は、約10⁵年前に引き金となった星形成のバーストによって説明できる。これは一時的にClass 0の人口を増加させたと考えられる。
• 本調査はClass 0およびClass I原始星について完全であり、低質量星形成における寿命推定のための信頼できる統計的サンプルを提供している。