[論文レビュー] X-Shooter study of accretion in Chamaeleon I: II. A steeper increase of accretion with stellar mass for very low mass stars?

C. F. Manara, L. Testi+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 104被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、160 pc離れた若年星であるチャマエレオン I の星々に対して X-Shooter スペクトロスコピーを用い、0.1 M☉ まで低下する星の質量における質量降着率を測定した。0.3 M☉ 未塔の星では降着率-質量関係の勾配が急である（勾配 ≈ 2.3）ことが判明し、非常に低質量星ではディスクの進化が速いか、特異な降着状態にある可能性を示唆している。統計的に、単一のべき乗則モデルよりも、折り返しのあるべき乗則モデルがより適していることが示された。

ABSTRACT

The dependence of the mass accretion rate on the stellar properties is a key constraint for star formation and disk evolution studies. Here we present a study of a sample of stars in the Chamaeleon I star forming region carried out using the VLT/X-Shooter spectrograph. The sample is nearly complete down to M~0.1Msun for the young stars still harboring a disk in this region. We derive the stellar and accretion parameters using a self-consistent method to fit the broad-band flux-calibrated medium resolution spectrum. The correlation between the accretion luminosity to the stellar luminosity, and of the mass accretion rate to the stellar mass in the logarithmic plane yields slopes of 1.9 and 2.3, respectively. These slopes and the accretion rates are consistent with previous results in various star forming regions and with different theoretical frameworks. However, we find that a broken power-law fit, with a steeper slope for stellar luminosity smaller than ~0.45 Lsun and for stellar masses smaller than ~ 0.3 Msun, is slightly preferred according to different statistical tests, but the single power-law model is not excluded. The steeper relation for lower mass stars can be interpreted as a faster evolution in the past for accretion in disks around these objects, or as different accretion regimes in different stellar mass ranges. Finally, we find two regions on the mass accretion versus stellar mass plane empty of objects. One at high mass accretion rates and low stellar masses, which is related to the steeper dependence of the two parameters we derived. The second one is just above the observational limits imposed by chromospheric emission. This empty region is located at M~0.3-0.4Msun, typical masses where photoevaporation is known to be effective, and at mass accretion rates ~10^-10 Msun/yr, a value compatible with the one expected for photoevaporation to rapidly dissipate the inner disk.

研究の動機と目的

• チャマエレオン I 星形成領域における、主系列前星でディスクを持つ星のほぼ完全なサンプルの質量降着率を測定すること。
• 非常に低質量星（M⋆ < 0.3 M☉）における降着率が星の質量および光度にどのように依存するかを調査すること。
• 特に低質量星において、降着率-質量関係が単一のべき乗則から逸脱するかどうかをテストすること。
• 降着率-星の質量平面における観測的ギャップを特定し、それらをディスク進化プロセスの観点から解釈すること。
• 理論的予測と観測された降着率を比較することで、ディスク進化モデルを制約すること、特に光蒸発のしきい値を含めて。

提案手法

• VLT の X-Shooter スペクトログラフを用いて、チャマエレオン I の 58 隕星に対して高SN比でフラックスキャリブレートされた中分解能スペクトルを取得した。
• 全波長のフラックスから、星のパラメータ（Teff, log g, AV）と降着パラメータ（Lacc, Ṁacc）を一貫したスペクトルフィッティング手法で同時に導出した。
• バルマー連続域およびUV領域の過剰放射から降着光度（Lacc）を計算し、標準的な降着ディスクモデルを用いて質量降着率（Ṁacc）を導出した。
• Ṁacc–M⋆ 関係および Lacc–L⋆ 関係に対して、単一べき乗則モデルと折り返しのあるべき乗則モデルをフィットし、F検定やAICなどの統計基準を用いて適合度を評価した。
• 他の星形成領域からの既存のサンプルおよびディスク進化理論モデルと結果を比較した。
• 降着率-星の質量平面に二つの観測的ギャップを特定・分析した：一つは高降着率・低質量領域にあり、もう一つは M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉ 付近にあり、これはクロモスフィア放射の限界に関連している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に低質量星（M⋆ < 0.3 M☉）において、質量降着率は高質量星よりも星の質量により急激に増加するか？
• RQ2 観測された降着率-質量関係は、単一のべき乗則モデルよりも、低質量領域で勾配が急な折り返しのあるべき乗則モデルでより適切に記述されるか？
• RQ3 低質量星における観測された急な降着依存性を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ4 なぜ降着率-星の質量平面に二つの明確なギャップが存在するのか？それらはディスク進化に何を示唆するか？
• RQ5 M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉ における観測された降着率は、効率的な光蒸発の始動と整合しているか？

主な発見

• 降着光度と星の光度の比は、対数-対数平面でべき乗則の勾配が 1.9 ± 0.1 であり、以前の研究と整合的である。
• 質量降着率と星の質量の関係の勾配は 2.3 ± 0.3 であり、星の質量の増加に伴い降着率が著しく増加することを示している。
• 統計的検定により、折り返しのあるべき乗則モデルがわずかに優位であり、M⋆ < 0.3 M☉ および L⋆ < 0.45 L☉ の星では勾配が ≈2.3 と急である。
• 高降着率かつ低質量のパラメータ空間が空であることは、低質量星における降着効率に物理的上限があることを示している。
• M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉ 付近の第二のギャップは、クロモスフィア放射の限界のわずか上に位置し、降着率は ≈10⁻¹⁰ M☉/yr である。これは、光蒸発による内側ディスクの急速な消失が予想されるレートと整合的である。
• 観測された降着率およびその質量依存性は、理論的ディスク進化モデルと整合的であるが、低質量領域での急勾配は、降着物理学またはディスク進化 timescale に差がある可能性を示唆している。