[论文解读] The onset of X-ray emission in young stellar objects: a Chandra observation of the Serpens star-forming region

Giovanna Giardino, F. Favata+3 more|ArXiv.org|Nov 16, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 37被引用 32

一句话总结

这项钱德拉X射线对蛇夫星云形成区的研究发现，六个已确认的0型原恒星均未检测到X射线辐射，在典型柱密度下，其X射线光度上限为L_X < 0.4 × 10³⁰ erg s⁻¹。结果表明X射线辐射始于I型阶段，一个II型恒星的强烈耀斑由恒星与其原行星盘之间的磁重联引起，其证据为6.4 keV Fe Kα荧光发射。

ABSTRACT

AIMS: To study the properties of X-ray emissions from young stellar objects (YSOs), through their evolution from Class I to Class III and determine whether Class 0 protostars emit in X-rays. METHODS: A deep Chandra X-ray observation of the Serpens star-forming region was obtained. The Serpens Cloud Core is ideally suited for this type of investigation, being populated by a dense and extremely young cluster whose members are found in all different evolutionary stages, including six well studied Class 0 sources. RESULTS: None of the six Class 0 protostars is detected in our observations, excluding the presence of sources with X-ray luminosities &gt; 0.4 10^30 erg/s (for column densities of the order of 4 10^{23} cm^-2, or A_V ~ 200). A total of 85 X-ray sources are detected and the light curves and spectra of 35 YSOs are derived. There is a clear trend of decreasing absorbing column densities as one moves from Class I to Class III sources, and, possibly, evidence of decreasing plasma temperatures, too. We observe a strong, long-duration, flare from a Class II low-mass star, for which we derive a flaring loop length of the order of 20 stellar radii. We interpret the flaring event as originating from a magnetic flux tube connecting the star to its circumstellar disk. The presence of such a disk is supported by the detection, in the spectrum of this star, of 6.4 keV Fe fluorescent emission.

研究动机与目标

• 确定0型原恒星是否发射X射线，因为其X射线发射的起始时间仍不确定。
• 研究从I型到III型前主序阶段X射线特性（光度、温度、吸收）的演化。
• 探讨磁活动及盘-星相互作用在年轻恒星X射线耀斑和辐射中的作用。
• 检验Y型恒星X射线发射与磁层吸积及盘电离相关联的假设。

提出的方法

• 对蛇夫星云核心进行了一次深度90 ks的钱德拉X射线观测，该区域为致密、年轻的星团，包含处于所有演化阶段的天体。
• 使用吸收热等离子体模型（APEC）进行光谱拟合，并检验是否存在如6.4 keV Fe Kα荧光线等额外特征。
• 利用X射线光变曲线分析时间变异性，包括一个II型源的长时间耀斑。
• 基于偶极场构型，利用磁能释放模型估算耀斑环的长度。
• 根据未检测到X射线的结果，结合假设的柱密度和温度，计算0型源的X射线光度上限。
• 比较不同演化阶段（I型至III型）的X射线特性（N_H, kT, L_X），评估吸收和等离子体温度的趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 真正的0型原恒星是否发射X射线，若发射，其光度水平如何？
• RQ2 从I型到III型Y型恒星，X射线光度、吸收柱密度和等离子体温度如何演化？
• RQ3 II型恒星中观测到的X射线耀斑是否可由连接恒星与盘的磁通管中的磁重联解释？
• RQ4 源79光谱中6.4 keV Fe Kα发射线是否与被耀斑照射的致密、光学厚原行星盘荧光一致？
• RQ5 X射线辐射在调节年轻恒星系统的盘吸积和化学过程中的作用是什么？

主要发现

• 在蛇夫星云核心中，对六个研究充分的0型原恒星均未检测到X射线辐射。
• 对于柱密度约为~4 × 10²³ cm⁻²、等离子体温度约为~2.5 keV的情况，0型源的X射线光度上限为L_X < 0.4 × 10³⁰ erg s⁻¹。
• 在一颗II型低质量恒星（源79）中观测到一次强烈且持续时间长的耀斑，估算的耀斑环长度为10–12 R☉（约0.1 AU）。
• 源79的光谱显示出能量为6.4 keV的Fe Kα荧光线，其等效宽度为149 eV，与被照射的致密、光学厚原行星盘反射一致。
• 从I型到III型Y型恒星，吸收柱密度呈现明显下降趋势，等离子体温度有下降的迹象。
• 在Y型恒星各类型之间未发现显著的时间变异性演化趋势，尽管源79的耀斑在持续时间和幅度上均属异常。