[論文レビュー] X-ray Properties of Young Stars and Stellar Clusters

Eric D. Feigelson, Leisa K. Townsley+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、チャンドラとXMM-ニュートンのX線観測を統合し、若年星および星団が磁気再結合フレアおよび風衝撃によって強力なX線を放出することを明らかにした。X線放射は原始惑星系円盤の化学および力学に顕著な影響を及ぼす。主な結果として、初期質量関数全域にわたるX線フレアの広範な存在、およびHII領域における拡散的10 MKプラズマの検出が得られ、古典的モデルの見直しが必要であることが示された。

ABSTRACT

Although the environments of star and planet formation are thermodynamically cold, substantial X-ray emission from 10-100 MK plasmas is present. In low mass pre-main sequence stars, X-rays are produced by violent magnetic reconnection flares. In high mass O stars, they are produced by wind shocks on both stellar and parsec scales. The recent Chandra Orion Ultradeep Project, XMM-Newton Extended Survey of Taurus, and Chandra studies of more distant high-mass star forming regions reveal a wealth of X-ray phenomenology and astrophysics. X-ray flares mostly resemble solar-like magnetic activity from multipolar surface fields, although extreme flares may arise in field lines extending to the protoplanetary disk. Accretion plays a secondary role. Fluorescent iron line emission and absorption in inclined disks demonstrate that X-rays can efficiently illuminate disk material. The consequent ionization of disk gas and irradiation of disk solids addresses a variety of important astrophysical issues of disk dynamics, planet formation, and meteoritics. New observations of massive star forming environments such as M 17, the Carina Nebula and 30 Doradus show remarkably complex X-ray morphologies including the low-mass stellar population, diffuse X-ray flows from blister HII regions, and inhomogeneous superbubbles. X-ray astronomy is thus providing qualitatively new insights into star and planet formation.

研究の動機と目的

• 多様な環境における若年星および星団のX線的性質を特徴づけること。
• 準主系列星（PMS星）および大質量O型星におけるX線放射の主因となる物理的メカニズムを特定すること。
• X線放射が原始惑星系円盤および分子雲に与える影響を評価すること。
• 大質量星形成領域（MSFR）におけるX線放射の形態的およびスペクトル的複雑性を分析すること。
• 降着、磁場、および風衝撃がX線発光関数およびプラズマ状態をどのように規定するかを評価すること。

提案手法

• チャンドラ・オリオン・アンタラディープ・プロジェクト（COUP）、XMM-ニュートン・タウルス延長調査（XEST）、および現在進行中の銀河系MSFRのチャンドラ調査による深宇宙X線観測の活用。
• 異なる星の質量および進化段階におけるX線発光関数（XLF）の分析。
• 高分解能画像および分光測定を用いて、X線フレア、拡散的プラズマ、および傾いたディスクにおける蛍光鉄線を同定。
• 低質量PMS星（磁気再結合）と高質量O星（風衝撃）におけるX線放射の比較。
• 埋蔵された原始星および密度の高い雲核を調査するため、X線の透過深さ（最大AV ≈ 500 mag）の利用。
• HII領域およびスーパーバブルにおけるX線形状のモデリング、ストロムゲン球概念の見直しを含む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 若年低質量準主系列星におけるX線放射を生じさせる物理的メカニズムは何か？
• RQ2 若年星のX線フレアは、太陽の磁気再結合イベントと比較してエネルギー的および力学的側面でどのように異なるか？
• RQ3 若年星からのX線放射が、原始惑星系円盤の物質をどれほどイオン化および加熱するか？
• RQ4 O星の風が、HII領域およびスーパーバブルにおける拡散的X線プラズマを生成する役割は何か？
• RQ5 近接領域（オリオン、タウルス）の若年星団と、より遠方の大質量星形成領域におけるX線的性質の違いは何か？

主な発見

• PMS星におけるX線フレアは、主に多極的表面磁場における磁気再結合によって駆動され、太陽フレアよりも発光度が桁違いに高い。
• PMS星のX線発光関数（XLF）は、28 < log Lx [erg/s] < 32 の範囲を示し、log Lx ≈ 29 付近でピークを示し、初期質量関数全域にわたり広く存在する。
• 降着しているPMS星は降着していない星よりも統計的にX線放射が弱く、降着がX線生成において二次的役割を果たしていることを示唆している。
• 傾いたディスクにおける蛍光鉄線の発光および吸収は、ディスク物質へのX線放射の効率的な浸透を確認し、ディスクのイオン化および化学に影響を与えている。
• チャンドラの画像により、HII領域内に拡散的10 MKプラズマが存在することが判明し、O星の風エネルギーがX線放射プラズマに変換されていることを示し、古典的ストロムゲン球モデルに疑問を呈している。
• 大質量星形成領域では、X線研究により、大質量星の生涯（原始O星から超新星残骸まで）が解明され、星、風、および残骸のX線成分が共存していることが明らかになった。