[论文解读] Spitzer-IRAC GLIMPSE of high mass protostellar objects II - SED modelling of a bonafide sample

J. M. C. Grave, M. S. N. Kumar|ArXiv.org|Jan 14, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 35被引用 28

一句话总结

本研究利用来自2MASS、GLIMPSE、MSX、IRAS以及亚毫米波巡天的多波段数据，对68个高质量原恒星对象（HMPOs）的红外对应体进行了光谱能量分布（SED）建模。通过应用二维辐射转移模型，结果表明这些源最符合大质量原恒星（5–42 M☉，中位数10 M☉）的特征，具有较高的包层吸积率（~10⁻³ M☉/yr）、较大的包层（~0.2–0.3 pc）以及盘状结构，表明其正在进行球对称吸积，并正演化为B型或O型恒星。

ABSTRACT

We aim to estimate and analyse the physical properties of the infrared counterparts of HMPOs by comparing their spectral energy distributions (SED) with those predicted by radiative transfer accretion models of YSOs. The SED of 68 IRCs are extended beyond the GLIMPSE photometry to the possible limits, from the near-infrared to the millimetre wavelengths by using the 2MASS, GLIMPSE version 2.0 catalogs, MSX, IRAS and some single dish (and interferometric) (sub)mm data. An online SED fitting tool that uses 2D radiative transfer accretion models of YSOs is employed to fit the observed SED to obtain various physical parameters. The SED of IRCs were fitted by models of massive protostars with a range of masses between 5-42 Msun and ages between 10^3 and 10^6 years. The median mass and age are 10 Msun and 10^4 yrs. The envelopes are large with a mean size of ~ 0.2-0.3 pc and show a distribution that is very similar to the distribution of the sizes of 8 micron nebulae discussed in Paper I. The estimated envelope accretion rates are high with a mean value of 10^(-3) Msun/yr and show a power law dependence to mass with an exponent of 2, suggesting spherical accretion at those scales. Disks are found to exist in most of the sources with a mean mass of 10^(-1.4+-0.7) Msun. The observed infrared-millimetre SED of the infrared counterparts of HMPOs are successfully explained with an YSO accretion model. The modelled sources mostly represent proto-B stars although some of them could become O stars in future. We demonstrate that many of these results may represent a realistic picture of massive star formation, despite some of the results which may be an effect of the assumptions within the models.

研究动机与目标

• 利用多波段SED数据，确定高质量原恒星对象（HMPOs）红外对应体（IRCs）的物理性质。
• 检验原恒星（YSO）的辐射转移模型是否能解释HMPO IRCs在近红外至毫米波段的观测SED。
• 评估这些原恒星的演化阶段、质量、年龄和吸积率，并检验模型假设的有效性。
• 研究盘状结构和包层的存在及其性质，并排除多重性作为SED形态主导因素的可能性。
• 探讨电离吸积流在形成最重恒星中的作用，特别是在表现出自由-自由辐射的源中。

提出的方法

• 从2MASS、GLIMPSE v2.0、MSX、IRAS以及（亚）毫米波单镜面/干涉仪数据构建从近红外到毫米波段的连续宽带SED，以扩展覆盖范围。
• 采用基于原恒星（YSO）二维辐射转移模型的在线SED拟合工具，模型包含中心恒星、吸积盘、扁平包层和双极空腔。
• 使用基于辐射平衡解的模型（Bjorkman & Wood, 2001），并构建参数网格，覆盖高达50 M☉的恒星质量和10³至10⁶年的年龄范围。
• 将观测SED与模型网格进行拟合，以推导出恒星质量、半径、温度、包层与盘的吸积率以及包层大小等物理参数。
• 通过幂律拟合分析包层吸积率与恒星质量的关系：ẋenv ∝ M*²。
• 通过比较盘与包层的辐射贡献，评估模型对盘存在的敏感性，注意到包层辐射通常占主导地位。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过SED拟合，HMPO红外对应体的物理参数（质量、年龄、光度、温度、半径）是什么？
• RQ2 基于包层大小和吸积率的标度关系，HMPO IRCs的观测SED更支持球对称吸积还是非对称喷流？
• RQ3 SED在多大程度上约束了大质量原恒星周围原恒星盘的存在及其性质？
• RQ4 观测SED能否由单个原恒星模型解释，还是需要多重性（如处于不同演化阶段的多个源）？
• RQ5 在表现出自由-自由辐射的源中，电离吸积流在大质量恒星形成中起什么作用？

主要发现

• 68个IRC的SED最符合恒星质量在5至42 M☉之间的YSO模型，中位数为10 M☉，中位年龄为10⁴年。
• 模型偏好较低的有效温度（1000–4000 K）和较大的有效半径（2–200 R☉），与深嵌入、高光度的原恒星一致。
• 包层平均大小约为0.2–0.3 pc，与论文I中8 μm星云的大小分布非常接近，表明星云追踪了加热包层的外缘。
• 包层吸积率较高，平均约为10⁻³ M☉/yr，且与恒星质量呈ẋenv ∝ M*²关系（指数为2.0 ± 0.6），表明在核心尺度上存在球对称吸积。
• 大多数源中推断存在盘状结构，平均质量为10⁻¹.⁴ ± ⁰.⁷ M☉，尽管由于包层辐射占主导，SED对盘的存在通常不敏感。
• SED形状缺乏扁平特征，排除了多个处于不同演化阶段的源产生显著贡献的可能性；SED主要由最亮的天体主导，支持单个原恒星模型。