[论文解读] Multiple protostellar systems. I. A deep near infrared survey of Taurus and Ophiuchus protostellar objects

Gaspard Duchêne, J. Bouvier+3 more|ArXiv.org|Jul 22, 2004

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用 83

一句话总结

本研究对猎户座和御夫座星云中63个嵌入式原恒星进行了深度近红外巡天，发现分离距离为110–1400 AU的双星系统频率为27% ± 6%，是太阳邻近区G型主序星的两倍。结果表明，核心动力学碎裂形成多恒星系统是恒星形成过程中的普遍结果，多重性比率在这些区域对初始条件或环境条件不敏感。

ABSTRACT

(Abridged) We performed a deep infrared imaging survey of 63 embedded young stellar objects (YSOs) located in the Taurus and Ophiuchus clouds to search for companions. The sample includes Class I and flat infrared spectrum protostellar objects. We find 17 companions physically bound to 15 YSOs with angular separations in the range 0.8-10" (110-1400 AU) and derive a companion star fraction of 23+/-9 % and 29+/-7 % for embedded YSOs in Taurus and Ophiuchus, respectively. In spite of different properties of the clouds and especially of the prestellar cores, the fraction of wide companions, 27+/-6 % for the combined sample, is identical in the two star-forming regions. This suggests that the frequency and properties of wide multiple protostellar systems are not very sensitive to specific initial conditions. Comparing the companion star fraction of the youngest YSOs still surrounded by extended envelopes to that of more evolved YSOs, we find evidence for a possible evolution of the fraction of wide multiple systems, which seems to decrease by a factor of about 2 on a timescale of about 10^5 yr. Somewhat contrary to model predictions, we do not find evidence for a sub-clustering of embedded sources at this stage on a scale of a few 100 AU that could be related to the formation of small-N protostellar clusters. Possible interpretations for this discrepancy are discussed.

研究动机与目标

• 测量两个对比明显的恒星形成区域（御夫座：平静、低密度；猎户座：高密度、星团形成）中深度嵌入原恒星的多重性频率。
• 评估宽距多恒星原恒星系统的特性是否依赖于初始预恒星核条件或环境密度。
• 通过比较具有延展包层的Class 0/I年轻恒星与更 evolved 的Class I/II/III源，研究多重性在嵌入阶段的演化。
• 通过对比观测到的约100 AU尺度的亚结构形态与数值模拟中分子云坍缩的预测，检验其预测结果。
• 确定早期原恒星系统是否表现出亚结构聚集的迹象，这可能表明在坍缩过程中形成了小N数的星团。

提出的方法

• 利用加拿大-法国-夏威夷望远镜和欧洲南方天文台的新技术望远镜，进行深度近红外成像（J、H、K波段），以探测微弱的伴星。
• 目标为御夫座和猎户座中63个Class I和光谱指数平坦的原恒星，其选择具有嵌入式原恒星群体的代表性。
• 测量检测到的伴星的角分离和流量比，以确定物理分离距离和光度比。
• 将分离范围定义为0.8–10″（110–1400 AU），以聚焦于与核心碎裂相关的宽距多恒星系统。
• 使用泊松统计和两个区域的联合样本，计算伴星频率及其误差估计。
• 比较具有和不具有毫米波延展包层的原恒星的多重性频率，以推断演化趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 在御夫座和猎户座恒星形成区域中，宽距多恒星原恒星系统（分离距离110–1400 AU）的频率是多少？
• RQ2 在低密度御夫座和高密度猎户座中，嵌入式原恒星的多重性频率有何差异？这说明了何种环境依赖性？
• RQ3 原恒星系统的多重性频率是否在嵌入阶段发生演化，特别是当包层消散时？
• RQ4 在约几百AU尺度上，御夫座和猎户座的嵌入式原恒星是否组织成亚结构簇，如某些模拟所预测的那样？
• RQ5 观测到的多重性特征在多大程度上符合预恒星核坍缩数值模拟的预测？

主要发现

• 御夫座嵌入式原恒星的伴星频率为23% ± 9%，猎户座为29% ± 7%，两区域合并后的总频率为27% ± 6%。
• 该多重性频率约为太阳邻近区G型主序星在相同分离范围内的两倍。
• 尽管御夫座和猎户座在预恒星核尺寸、形态和平均恒星密度方面存在显著差异，但其嵌入式系统的多重性特性在统计上完全一致。
• 在嵌入阶段约10⁵年的 timescale 内，宽距多系统频率似乎下降了约两倍，表明宽系统迅速被破坏。
• 在几百AU尺度上，未发现嵌入式原恒星存在亚结构聚集的证据，与某些全局云坍缩模拟的预测相矛盾。
• 尽管初始条件和环境条件不同，但多重性结果高度相似，表明原恒星多重性主要由局部动力学过程决定，而非全局或初始条件。