[论文解读] POISSON project - II - A multi-wavelength spectroscopic and photometric survey of young protostars in L 1641

A. Caratti o Garatti, R. García López+7 more|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 111被引用 35

一句话总结

本研究利用来自NTT和Spitzer的光学至远红外数据，结合地面和空间的测光数据，对L 1641星形成区中的27个年轻原恒星进行了多波段光谱和测光调查。结果表明，质量吸积率随年龄衰减的速率比以往假设的更慢，遵循$\dot{M}_{\text{acc}} \propto t^{-1.2}$的关系，且几何效应显著扭曲了SED分类，挑战了仅基于SED形态进行年龄估计的可靠性。

ABSTRACT

Characterising stellar and circumstellar properties of embedded young stellar objects (YSOs) is mandatory for understanding the early stages of the stellar evolution. This task requires the combination of both spectroscopy and photometry, covering the widest possible wavelength range, to disentangle the various protostellar components and activities. As part of the POISSON project, we present a multi-wavelength spectroscopic and photometric investigation of embedded YSOs in L1641, aimed to derive the stellar parameters and evolutionary stages and to infer their accretion properties. Our database includes low-resolution optical-IR spectra from the NTT and Spitzer (0.6-40 um) and photometric data covering a spectral range from 0.4 to 1100 um, which allow us to construct the YSOs spectral energy distributions (SEDs) and to infer the main stellar parameters. The SED analysis allows us to group our 27 YSOs into nine Class I, eleven Flat, and seven Class II objects. However, on the basis of the derived stellar properties, only six Class I YSOs have an age of ~10^5 yr, while the others are older 5x10^5-10^6 yr), and, among the Flat sources, three out of eleven are more evolved objects (5x10^6-10^7 yr), indicating that geometrical effects can significantly modify the SED shapes. Inferred mass accretion rates (Macc) show a wide range of values (3.6x10^-9 to 1.2x10^-5 M_sun yr^-1), which reflects the age spread observed in our sample. Average values of mass accretion rates, extinction, and spectral indices decrease with the YSO class. The youngest YSOs have the highest Macc, whereas the oldest YSOs do not show any detectable jet activity in either images and spectra. We also observe a clear correlation among the YSO Macc, M*, and age, consistent with mass accretion evolution in viscous disc models.

研究动机与目标

• 利用多波段光谱和测光法表征L 1641中嵌入式年轻恒星对象（YSOs）的恒星和原恒星盘性质。
• 通过分析其光谱能量分布（SED）和发射线，确定YSOs的演化阶段和吸积特性。
• 鉴于潜在的几何偏差，评估标准SED分类法（基于α₂₋₂₀μm）在反映YSO真实年龄方面的可靠性。
• 研究低质量原恒星中质量吸积率的时间演化规律及其与恒星质量和年龄的相关性。
• 评估周期性喷发事件在使Class I YSO达到典型经典T Tauri星质量中的作用。

提出的方法

• 利用新技术望远镜（NTT）和Spitzer/IRS获取27个L 1641中YSOs的低分辨率光学至近红外光谱（0.6–40 μm）。
• 收集从0.4 μm到1100 μm的测光数据，为每个源构建完整的光谱能量分布（SED）。
• 基于SED斜率α₂₋₂₀μm和SED建模，将YSOs分类为演化阶段（Class I、Flat、Class II）。
• 通过SED拟合推导出恒星参数，包括消光、光谱型、总辐射光度和恒星质量。
• 利用H复合线（Paβ、Brγ）估算质量吸积率（$\dot{M}_{\text{acc}}$），并与理论粘性盘模型进行比较。
• 分析$\dot{M}_{\text{acc}}$、年龄和恒星质量之间的相关性，以推断吸积的时间演化规律，拟合关系$\dot{M}_{\text{acc}} \propto t^{-\eta}$。

实验结果

研究问题

• RQ1 诸如盘面倾角和包层几何结构等几何效应在多大程度上扭曲了基于SED的分类，并导致YSO年龄的误估？
• RQ2 低质量原恒星中质量吸积率的真实时间演化规律是什么？与粘性盘模型的预测相比如何？
• RQ3 周期性喷发事件是否对Class I YSO达到典型经典T Tauri星质量是必需的？其发生频率如何？
• RQ4 为何一些平坦谱源的年龄看起来比其SED分类所暗示的更老？其背后的物理过程是什么？
• RQ5 不同YSO类别中，吸积光度和质量吸积率如何变化？有多少比例的YSOs是吸积主导型（$L_{\text{acc}} > L_*$）？

主要发现

• 对于最年轻的YSOs（t ~ 10⁵ yr），质量吸积率（$\dot{M}_{\text{acc}}$）范围为3.6 × 10⁻⁹至1.2 × 10⁻⁵ M☉ yr⁻¹，对于M* ≤ 1 M☉的源，平均值约为5 × 10⁻⁷ M☉ yr⁻¹。
• 在年龄超过10⁵ yr的YSOs中，发现$\dot{M}_{\text{acc}}$与年龄之间存在明显相关性，遵循$\dot{M}_{\text{acc}} \propto t^{-1.2}$，表明其衰减速率比经典模型（η ≈ 1.5–2.8）更慢。
• 在九个Class I YSO中，仅有六个是真正年轻的（t ~ 10⁵ yr）；其余三个年龄更老（5 × 10⁵ – 10⁶ yr）；在十一个平坦谱源中，有三个已演化（5 × 10⁶ – 10⁷ yr），表明仅凭SED形态会错误分类年龄。
• 大多数YSOs并非吸积主导型（$L_{\text{acc}} > L_*$），仅有源#25表现出强烈喷发，源#20勉强符合，暗示在多数情况下吸积并非主要能量来源。
• 推断出的$\dot{M}_{\text{acc}}$值比Taurus和Auriga区域高约10倍，表明年轻YSOs需在1%–5%的寿命时间内处于喷发状态，才能达到典型CTT质量。
• 在Spitzer光谱中检测到冰（H₂O、CO₂）和非晶态硅酸盐（9.7 μm）的吸收特征，证实了最年轻源中存在冰和尘埃包层。