[论文解读] Multiplicity and clustering in Taurus star forming region. II. From ultra-wide pairs to dense NESTs

Isabelle Joncour, Gaspard Duchêne+2 more|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Sep 7, 2018

Molecular Spectroscopy and Structure参考文献 78被引用 14

一句话总结

本研究利用DBSCAN聚类算法，结合自相关函数与k近邻统计方法确定参数，在金牛座星协形成区识别出20个密集且紧凑的星体结构，称为NESTS（嵌套基本星体结构）。近一半的恒星（45%）集中于这些NESTS中，其空间分布规律（间距约2 pc），与气体丝状结构对齐，且包含75%的I类年轻恒星对象，表明它们是介于超宽双星与松散星协之间中等空间尺度上恒星形成的主要场所。

ABSTRACT

Multiplicity and clustering of young pre-main sequence stars appear as critical clues to constrain the star formation process. Taurus is the archetypical example of the most quiescent star forming regions that may still retain primeval signatures of star formation. This work identifies local overdense stellar structures at the 99.8\% confidence level above random expectation using the DBSCAN algorithm, and setting its free parameters based on the one-point correlation function and the k-nearest neighbor statistics. Nearly half of the entire stellar population in Taurus is found to be concentrated in 20 dense, tiny and prolate regions called NESTs (for Nested Elementary STructures). They are regularly spaced ($\approx 2$ pc) and mainly oriented along the gas filaments axes. Each NEST contains between 4 and 23 stars. Inside NESTs, the surface density of stars may be as high as 2500 pc$^{-2}$. Nearly half (11) of these NESTs contain about 75\% of the class 0/I objects. The balance between Class I, II, and, III fraction within the NESTs suggests that they may be ordered as an evolutionary temporal scheme. We have inferred that only 20\% of stars in Taurus do not belong to any kind of stellar groups. The mass of NESTs covers the same range as that of dense molecular cores. The distribution in size is bimodal peaking at 12.5 and 50 kAU and the distribution of the number of YSOs in NESTs as a function of size exhibits two regimes. We propose that the NESTs in their two size regimes represent the spatial imprints of stellar distribution at birth as they may have emerged within few millions years from their natal cloud either from a single core or from a chain of cores. We have identified them as the preferred sites of star formation in Taurus. These NESTs are the regions of highest stellar density and intermediate spatial scale structures between ultra-wide pairs and loose groups.

研究动机与目标

• 识别金牛座星协形成区中位于超宽双星与松散星协之间的中等尺度星体聚集现象。
• 判断这些聚集是否为恒星形成过程的原始印记。
• 评估这些结构在年轻恒星对象（YSOs）演化序列中的作用。
• 量化位于NESTS中的恒星比例与孤立或松散结合系统的对比。
• 探索NESTS的物理特性，包括尺寸、密度、质量及空间分布。

提出的方法

• 将基于密度的DBSCAN聚类算法应用于338颗金牛座成员星体在天球投影上的空间分布。
• 利用一点自相关函数与累积k近邻距离统计方法校准DBSCAN的两个自由参数（eps与minPts），以实现高于随机水平99.8%的检测显著性。
• 将距离小于1 kAU的恒星归为单一多重系统，以区分多重性与聚类现象。
• 识别出20个高表面密度的聚集结构（NESTS），其最大密度达2500 pc⁻²，中位偏心率为0.9，表明其具有拉长形态。
• 通过统计分析对NESTS进行表征，包括尺寸、质量、YSO数量及类型分布（0类、I类、II类、III类）。
• 利用Bonnor-Ebert质量-尺寸关系，将观测到的NESTS与引力坍缩理论预期进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在金牛座中，介于超宽双星与松散星协之间的中等尺度星体结构有哪些？其空间分布特征如何？
• RQ2 所识别的NESTS是否包含不成比例的年轻嵌入型恒星对象（I类与0类）？
• RQ3 NESTS内部是否存在时间或演化序列，如YSO类型分布所示？
• RQ4 NESTS的物理特性（尺寸、质量、密度）与引力坍缩理论模型相比如何？
• RQ5 金牛座中真正孤立的恒星占多大比例？其与多重性及聚类的关系如何？

主要发现

• 金牛座总恒星数量中约45%集中于20个NESTS中，每个NESTS中位数为5–6颗恒星，最多达23颗。
• NESTS内的表面密度最高可达2500 pc⁻²，平均为340 pc⁻²，与N体模拟中重现观测双星特性的初始亚结构密度一致。
• 20个NESTS中有11个包含75%的0类与I类年轻恒星对象，表明它们是当前恒星形成的主要场所。
• NESTS的尺寸分布呈双峰特征，分别在12.5 kAU与50 kAU处达到峰值，暗示存在两种不同的形成机制或演化阶段。
• NESTS的质量-尺寸关系与Bonnor-Ebert理论预期高度吻合，支持其起源于致密分子核的引力坍缩。
• 金牛座中仅有20%的恒星不属于任何多重系统、超宽双星或NESTS，表明大多数恒星均在集群环境中形成。