[论文解读] Completion of a SCUBA survey of Lynds dark clouds and implications for low-mass star formation

Anja E. Visser, John Richer+1 more|CERN Bulletin|Sep 4, 2002

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 1被引用 7

一句话总结

本研究完成了对莱因德暗云在850 µm波段的SCUBA巡天，探测到原恒星和无星核心，以约束低质量恒星形成的早期阶段。研究发现，Class 0和Class I原恒星的寿命相近（约2×10⁵ yr），挑战了此前认为Class 0阶段短暂的假设，并揭示无星核心的寿命约为8×10⁵ yr，表明其在自由落体 timescale 上迅速发生动力学坍缩。

ABSTRACT

We have carried out a survey of optically-selected dark clouds using the bolometer array SCUBA on the James Clerk Maxwell Telescope, at 850 microns wavelength. The survey covers a total of 0.5 square degrees and is unbiased with reference to cloud size, star formation activity, or the presence of infrared emission. Several new protostars and starless cores have been discovered; the protostars are confirmed through the detection of their accompanying outflows in CO(2-1) emission. The survey is believed to be complete for Class 0 and Class I protostars, and yields two important results regarding the lifetimes of these phases. First, the ratio of Class 0 to Class protostars in the sample is roughly unity, very different from the 1:10 ratio that has previously been observed for the rho Ophiuchi star-forming region. Assuming star formation to be a homogeneous process in the dark clouds, this implies that the Class 0 lifetime is similar to the Class I phase, which from infrared surveys has been established to be approximately 200,000 yr. It also suggests there is no rapid initial accretion phase in Class 0 objects. A burst of triggered star formation some 100,000 yr ago can explain the earlier results for rho Ophiuchus. Second, the number of starless cores is approximately twice that of the total number of protostars, indicating a starless core lifetime of approximately 800,000 yr. These starless cores are therefore very short-lived, surviving only two or three free-fall times. This result suggests that, on size scales of 10,000 AU at least, the dynamical evolution of starless cores is probably not controlled by magnetic processes.

研究动机与目标

• 在850 µm波段对莱因德暗云完成一次灵敏且无偏见的SCUBA巡天，以识别嵌入的原恒星和无星核心。
• 利用完整源样本估算最早原恒星阶段（Class 0和Class I）的寿命。
• 通过将观测到的原恒星阶段持续时间与理论预测进行比较，检验低质量恒星形成的模型。
• 通过测量无星核心的寿命，评估磁场和动力学过程在核心演化中的作用。
• 通过使用更完整的样本，解决先前巡天中的矛盾，特别是ρ Ophiuchi区域中Class 0与Class I比例为1:10的问题。

提出的方法

• 在詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔望远镜上使用SCUBA热释电阵列，在850 µm波段对0.5平方度的天空区域进行了深度、无偏见的亚毫米波巡天。
• 通过亚毫米波连续谱辐射识别原恒星，并通过CO(2–1)线辐射追踪喷流加以确认。
• 基于光谱能量分布拟合和喷流检测，将源分类为Class 0或Class I。
• 将无星核心识别为无相关喷流或红外辐射的亚毫米波峰值。
• 在假设恒星形成均匀的条件下，利用观测到的Class 0与Class I源的比例估算其相对寿命。
• 对无星核心的径向亮度分布拟合等温模型，以估算其质量和动力学演化 timescale。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低质量恒星形成中，Class 0和Class I原恒星阶段的相对寿命是多少？
• RQ2 为何ρ Ophiuchi区域表现出Class 0与Class I原恒星1:10的比例，而本研究发现该比例接近1:1？
• RQ3 无星核心在坍缩为原恒星前能持续多久？
• RQ4 无星核心的动力学 timescale 是否与自由落体坍缩一致，或受磁场控制？
• RQ5 观测到的原恒星和核心分布能否约束低质量恒星形成中早期吸积历史的模型？

主要发现

• 本研究中Class 0与Class I原恒星的比例约为1:1，表明其寿命相近，Class I阶段持续约2×10⁵ yr。
• 因此，Class 0阶段的寿命估计为约2×10⁵ yr，与ρ Ophiuchi区域早期估计的约2×10⁴ yr相矛盾，表明不存在快速初始吸积阶段。
• 无星核心的数量约为原恒星数量的两倍，暗示无星核心的寿命约为8×10⁵ yr。
• 无星核心仅能维持两到三个自由落体 timescale，表明其动力学演化并非由尺度约为10⁴ AU的磁场控制。
• ρ Ophiuchi区域比例差异的解释是：约10⁵年前发生了一次触发恒星形成的爆发，导致Class 0源数量暂时增加。
• 本巡天对Class 0和Class I原恒星是完整的，为低质量恒星形成中的寿命估算提供了稳健的统计样本。