[논문 리뷰] POISSON project - I - Emission lines as accretion tracers in young stellar objects: results from observations of Chamaeleon I and II sources

S. Antoniucci, R. García López외 9명|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|2011. 08. 12.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 76인용 수 42

한 줄 요약

이 연구는 샤마레온 I 및 II의 47개의 젊은 항성 물체에 대한 저해상도 광학 및 가까운 적외선 스펙트로스코피(0.6–2.4 μm)를 분석하여 발광선이 질량 침강 추적자로서의 신뢰성을 평가한다. 다섯 가지 추적자—Br γ, Pa β, H α, Ca II λ8542, [O I] λ6300—를 사용하여 Br γ가 가장 일관되고 산란이 적은 질량 침강 빛의 세기 추정치를 제공함을 발견했으며, 이는 10⁻⁷에서 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹의 질량 침강 속도를 유도하고, 약 M*²의 의존성을 보이며, 서로 다른 자극 메커니즘을 가진 두 가지의 H i 발광 모드를 드러낸다.

ABSTRACT

We present the results of the analysis of LR optical-NIR spectra (0.6-2.4 um) of a sample 47 YSOs in the ChaI and II star-forming clouds. These data are part of the POISSON project (Protostellar Optical-Infrared Spectral Survey on NTT). The aim is to determine the accretion luminosity (Lacc) and mass accretion rate (Macc) of the sources through the analysis of the detected emission features. We also aim at verifying the reliability and consistency of the existing empirical relationships connecting emission line luminosity and Lacc. We employ five tracers (OI-6300A, Ha, CaII-8542A, Pab, and Brg) to derive the accretion luminosity. The tracers provide Lacc values showing different scatters when plotted as a function of L*. The Brg seems to be the most reliable, because it gives the minimum Lacc dispersion over the entire range of L*, whereas the other tracers provide much more scattered Lacc values, which are not expected for our homogeneous sample. The comparison between Lacc(Brg) and Lacc obtained from the other tracers also shows systematic differences among the empirical relationships. These may probably be ascribed to different excitation mechanisms contributing to the line emission, which may vary between our sample and those where the relationships were calibrated. Adopting the Lacc derived from Brg, we find Lacc=0.1L*-1L* for all sources, and Macc of the order of 10^-7-10^-9 Msun/yr. The Macc derived in ChaI are proportional to M*^2, as found in other low-mass star-forming regions. The discrepancies observed in the case of Lacc(Brg) and Lacc(Pab) can be related to different intrinsic Pab/Brg, ratios. The derived ratios show the existence of two different emission modalities, one that agrees with predictions of both wind and accretion models, the other suggesting optically thick emission from relatively small regions (10^21-10^22 cm^-3) with gas at low temperatures (<4000K).

연구 동기 및 목표

• Class I 및 II의 젊은 항성 물체에서 발광선 진단을 사용하여 질량 침강 빛의 세기(L_acc)와 질량 침강 속도(Ṁ_acc)를 결정하기 위해.
• 다양한 추적자 간의 발광선 빛의 세기와 L_acc 사이의 경험적 관계의 신뢰성과 일관성을 평가하기 위해.
• 다른 추적자로부터 유도된 L_acc 추정치 간의 격차가 서로 다른 자극 메커니즘 또는 발광 영역 특성 때문인지 조사하기 위해.
• Ṁ_acc가 항성 질량에 어떻게 의존하는지 분석하고 샤마레온 I 및 II 간의 진화적 경향을 평가하기 위해.

제안 방법

• ESO/NTT의 EFOSC2 및 SofI를 사용하여 샤마레온 I 및 II의 47개 YSO에 대해 저해상도 광학 및 적외선 스펙트로스코피(0.6–2.4 μm)를 확보하였다.
• 다섯 가지 추적자—Br γ, Pa β, H α, Ca II λ8542, [O I] λ6300—에 대한 발광선 빛의 세기를 측정하였다.
• 문헌에서 얻은 경험적 관계를 적용하여 각 추적자에 대해 빛의 세기로부터 L_acc 추정치를 변환하였다.
• 다른 추적자로부터 유도된 L_acc 값을 항성 빛의 세기(L*)와 비교하여 산란과 일관성 수준을 평가하였다.
• 저 Pa β/Br γ 비율을 해석하기 위해 구형 바람 모델을 적용하여 기체 온도와 질량 손실 속도를 추정하였다.
• Pa β/Br γ 복사율 비율을 분석하여 서로 다른 자극 조건을 가진 두 가지의 발광 모드를 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동일한 샘플의 Class I 및 II YSO에서 질량 침강 빛의 세기(L_acc)를 추정하는 데 가장 일관되고 신뢰할 수 있는 발광선 추적자는 무엇인가요?
• RQ2 동일한 YSO 샘플에 적용되었을 때, 빛의 세기와 L_acc 사이의 경험적 관계가 서로 다른 L_acc 값을 체계적으로 유도하는 이유는 무엇인가요?
• RQ3 특히 낮은 비율을 보이는 경우, 관측된 Pa β/Br γ 복사율 비율이 의미하는 물리적 조건(예: 온도, 밀도, 기하학적 구조)은 무엇인가요?
• RQ4 샤마레온 I 및 II 지역에서 질량 침강 속도(Ṁ_acc)는 항성 질량(M*)에 어떻게 의존하며, 이 의존성은 이론적 예측과 일치하는가요?
• RQ5 Pa β/Br γ 비율을 통해 식별된 두 가지의 구분되는 H i 발광 모드의 물리적 기원은 무엇이며, 자극 메커니즘에서 어떻게 다릅니까?

주요 결과

• Br γ 기반의 L_acc 추정치는 전체 항성 빛의 세기(L*) 범위에서 가장 낮은 산란을 보이며, 테스트한 다섯 가지 추적자 중에서 가장 신뢰할 수 있는 추적자이다.
• H α, [O I] λ6300, Ca II λ8542 추적자는 동종 샘플에 비해 유의미하게 더 산란된 L_acc 값을 생성하여, 이들의 경험적 보정에 잠재적인 편향이 있음을 시사한다.
• 다른 추적자로부터 유도된 L_acc 값 간의 체계적 차이는 샤마레온 샘플의 자극 메커니즘 또는 발광 영역 특성이 Taurus 기반 보정 샘플과 다를 수 있음을 시사한다.
• 유도된 질량 침강 속도(Ṁ_acc)는 10⁻⁷에서 10⁻⁹ M☉ yr⁻¹의 범위를 가지며, 일반적으로 Class II 물체의 값과 일치한다.
• 샤마레온 I의 Ṁ_acc는 약 M*²의 의존성을 보이며, 다른 저질량 항성 형성 영역에서의 발견과 일치한다.
• 두 가지의 구분되는 H i 발광 모드가 식별되었으며, 하나는 바람 또는 침강 모델과 일치한다(T ∼ 4000 K, Ṁ_loss ∼ 10⁻⁸–10⁻⁹ M☉ yr⁻¹), 다른 하나는 낮은 Pa β/Br γ 비율을 보이며, 작은 크기이면서 낮은 온도(T < 4000 K)의 밀도가 높은 영역(10²¹–10²² cm⁻³)에서 광학 두꺼운 발광을 나타내며, 제트 기저, 내부 디스크 또는 침강 점에서 유래할 수 있다.