[论文解读] Ages and Age Spreads in Young Stellar Clusters

R. D. Jeffries|arXiv (Cornell University)|Sep 6, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

本文回顾了赫罗图与锂元素耗尽作为年轻星团年龄指示器的应用，强调了弗朗西斯科·帕拉（Francesco Palla）的奠基性贡献。文章指出，年轻星团中观测到的年龄弥散可能源于磁性抑制对流与黑子覆盖，这些效应使低质量预主序星膨胀，导致使用标准演化模型时低估年龄——暗示需重新评估年轻星团的绝对年龄估计值与年龄弥散。

ABSTRACT

I review progress towards understanding the time-scales of star and cluster formation and of the absolute ages of young stars. I focus in particular on the areas in which Francesco Palla made highly significant contributions - interpretation of the Hertzsprung-Russell diagrams of young clusters and the role of photospheric lithium as an age diagnostic.

研究动机与目标

• 评估预主序（PMS）演化模型在估算年轻恒星绝对年龄方面的可靠性。
• 评估年轻星团中观测到的年龄弥散是否真实，还是观测不确定性和模型局限性的产物。
• 研究磁性活动与间歇性吸积在扭曲赫罗图位置与锂元素耗尽模式中的作用。
• 调和基于赫罗图/颜色-星等图位置、锂元素丰度与大质量恒星演化所得年龄之间的差异。
• 确定当前模型是否因对对流与恒星活动处理不当，而高估了年轻星团中的年龄弥散。

提出的方法

• 利用赫罗图（HRD）与颜色-星等图（CMD）推断年轻星团中低质量预主序星的质量与年龄。
• 应用光球层锂元素丰度作为独立的年龄诊断工具，利用其在恒星光球层中随质量与年龄变化的耗尽特性。
• 将基于赫罗图的年龄与锂元素耗尽年龄进行比较，并结合大质量恒星演化结果以交叉验证年龄估计。
• 引入近期关于磁性抑制对流与黑子覆盖的模型，以解释赫罗图位置与光度的差异。
• 分析恒星形成区中的食双星系统，以实测半径与有效温度检验PMS演化模型的准确性。
• 利用IN-SYNC APOGEE与猎户星云星团等调查的模拟与观测数据，评估年龄弥散与自转-活动性相关性。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的年轻星团中年龄弥散在多大程度上反映了真实的恒星形成历史，而非观测与建模的不确定性？
• RQ2 磁性活动与黑子覆盖在多大程度上影响预主序星在赫罗图中的位置？
• RQ3 磁性抑制对流能否解释基于赫罗图与基于锂元素耗尽的年轻低质量恒星之间年龄差异？
• RQ4 为何恒星形成区中PMS双星成员在光度与有效温度上偏离标准演化模型预测？
• RQ5 光度校正与消光估计中的系统性误差在多大程度上影响年轻星团中推断的年龄弥散？

主要发现

• 年轻星团中观测到的年龄弥散，特别是在猎户星云星团与IC 348中，部分可由观测不确定性与吸积、变异性等天体物理效应解释。
• 磁性抑制对流与黑子覆盖可使低质量预主序星膨胀约10%，导致有效温度降低，使用标准模型时造成年龄低估。
• 当应用磁性模型（如Jackson & Jeffries 2014；Somers & Pinsonneault 2015b）时，基于赫罗图的年龄翻倍，并与锂元素耗尽年龄更一致。
• 引入磁性效应后，低质量与大质量恒星年龄之间的差异得以调和，两者达成大致一致。
• 年轻星团中食双星系统的观测表明，标准模型无法准确预测实测半径与温度，暗示PMS演化建模存在根本性缺陷。
• 赫罗图与锂元素耗尽模式中观测到的显著弥散，很可能是由自转、磁性活动与年龄弥散的关联效应所致，而非纯粹的随机年龄弥散。