[论文解读] POISSON project - I - Emission lines as accretion tracers in young stellar objects: results from observations of Chamaeleon I and II sources

S. Antoniucci, R. García López+9 more|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|Aug 12, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 76被引用 42

一句话总结

本研究分析了在蝘蜓座星云I和II中47个年轻恒星物体的低分辨率光学至近红外光谱（0.6–2.4 μm），以评估发射线作为吸积示踪剂的可靠性。使用五种示踪剂——Br γ、Pa β、H α、Ca II λ8542和[O I] λ6300——发现Br γ能提供最一致且散射最小的吸积光度估计值，得出的质量吸积率范围为10⁻⁷至10⁻⁹ M☉ yr⁻¹，具有∼M*²的依赖关系，并揭示了两种具有不同激发机制的H i发射模式。

ABSTRACT

We present the results of the analysis of LR optical-NIR spectra (0.6-2.4 um) of a sample 47 YSOs in the ChaI and II star-forming clouds. These data are part of the POISSON project (Protostellar Optical-Infrared Spectral Survey on NTT). The aim is to determine the accretion luminosity (Lacc) and mass accretion rate (Macc) of the sources through the analysis of the detected emission features. We also aim at verifying the reliability and consistency of the existing empirical relationships connecting emission line luminosity and Lacc. We employ five tracers (OI-6300A, Ha, CaII-8542A, Pab, and Brg) to derive the accretion luminosity. The tracers provide Lacc values showing different scatters when plotted as a function of L*. The Brg seems to be the most reliable, because it gives the minimum Lacc dispersion over the entire range of L*, whereas the other tracers provide much more scattered Lacc values, which are not expected for our homogeneous sample. The comparison between Lacc(Brg) and Lacc obtained from the other tracers also shows systematic differences among the empirical relationships. These may probably be ascribed to different excitation mechanisms contributing to the line emission, which may vary between our sample and those where the relationships were calibrated. Adopting the Lacc derived from Brg, we find Lacc=0.1L*-1L* for all sources, and Macc of the order of 10^-7-10^-9 Msun/yr. The Macc derived in ChaI are proportional to M*^2, as found in other low-mass star-forming regions. The discrepancies observed in the case of Lacc(Brg) and Lacc(Pab) can be related to different intrinsic Pab/Brg, ratios. The derived ratios show the existence of two different emission modalities, one that agrees with predictions of both wind and accretion models, the other suggesting optically thick emission from relatively small regions (10^21-10^22 cm^-3) with gas at low temperatures (<4000K).

研究动机与目标

• 利用发射线诊断方法测定I类和II类年轻恒星物体的吸积光度（L_acc）和质量吸积率（Ṁ_acc）。
• 检验不同示踪剂之间发射线光度与L_acc经验关系的可靠性和一致性。
• 探究不同示踪剂得出的L_acc估计值之间差异的成因，是否源于不同的激发机制或辐射区域特性。
• 研究Ṁ_acc与恒星质量的关系，并评估蝘蜓座I和II之间的演化趋势。

提出的方法

• 使用ESO/NTT望远镜上的EFOSC2和SofI仪器，对蝘蜓座I和II中的47个YSO获取了0.6–2.4 μm波段的低分辨率光学与近红外光谱。
• 测量了五种示踪剂的发射线光度：Br γ、Pa β、H α、Ca II λ8542和[O I] λ6300。
• 应用文献中的经验关系，将各示踪剂的线光度转换为L_acc估计值。
• 将不同示踪剂得出的L_acc值与恒星光度（L*）进行比较，以评估其离散度和一致性。
• 采用球对称星风模型解释Pa β/Br γ比值较低的情况，推断气体温度和质量损失率。
• 分析Pa β/Br γ流量比，识别出两种具有不同激发条件的发射模式。

实验结果

研究问题

• RQ1 在I类和II类YSO的同质样本中，哪种发射线示踪剂能提供最一致且可靠的吸积光度（L_acc）估计？
• RQ2 为何将不同经验关系应用于同一YSO样本时，会系统性地导致L_acc估计值的差异？
• RQ3 观测到的Pa β/Br γ流量比（尤其是低比值）所暗示的物理条件（如温度、密度、几何结构）是什么？
• RQ4 在蝘蜓座I和II区域中，质量吸积率（Ṁ_acc）如何依赖于恒星质量（M*）？该依赖关系是否符合理论预期？
• RQ5 通过Pa β/Br γ比值识别出的两种不同H i发射模式的物理起源是什么？它们在激发机制上如何不同？

主要发现

• 基于Br γ的L_acc估计值在全范围恒星光度（L*）内表现出最小的离散度，使其成为五种测试示踪剂中最可靠的示踪剂。
• H α、[O I] λ6300和Ca II λ8542示踪剂产生的L_acc值显著比同质样本预期的更分散，表明其经验校准可能存在系统性偏差。
• 不同示踪剂得出的L_acc值之间的系统性差异表明，蝘蜓座样本中的激发机制或辐射区域特性与基于猎户座样本的校准数据集不同。
• 推断的质量吸积率（Ṁ_acc）范围为10⁻⁷至10⁻⁹ M☉ yr⁻¹，与II类对象的典型值一致。
• 蝘蜓座I中Ṁ_acc表现出∼M*²的依赖关系，与其它低质量恒星形成区的发现一致。
• 识别出两种不同的H i发射模式：一种与星风或吸积模型一致（T ∼ 4000 K，Ṁ_loss ∼ 10⁻⁸–10⁻⁹ M☉ yr⁻¹）；另一种Pa β/Br γ比值较低，表明来自小而冷（T < 4000 K）区域的光学厚发射（密度10²¹–10²² cm⁻³），可能源于喷流基底、内盘或吸积斑点。