[论文解读] Star formation in Perseus. IV. Mass dependent evolution of dense cores

J. Hatchell, G. A. Fuller|ArXiv.org|Mar 7, 2008

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 56被引用 31

一句话总结

本文研究了御夫座分子云中大质量致密核为何主要为原恒星核，而低质量核则更多为无星核。通过核心质量演化图（CMEDs）分析发现，大质量核演化时间尺度更快且持续吸积物质，可解释观测到的质量依赖性原恒星过剩现象，排除了大质量核演化更慢的可能性。结果表明，前恒星核质量函数（CMF）比初始质量函数（IMF）更陡峭，而碎片化与选择效应可能相互抵消，使观测到的IMF形状与CMF一致。

ABSTRACT

In our SCUBA survey of Perseus, we find that the fraction of protostellar cores increases towards higher masses and the most massive cores are all protostellar. In this paper we consider the possible explanations of this apparent mass dependence in the evolutionary status of these cores, and the implications for protostellar evolution and the mapping of the embedded core mass function (CMF) onto the stellar IMF. We consider the following potential causes: dust temperature; selection effects in the submillimetre and in the mid-infrared observations used for pre/protostellar classification; confusion and multiplicity; transient cores; and varying evolutionary timescales. We develop Core Mass Evolution Diagrams (CMEDs) to investigate how the mass evolution of individual cores maps onto the observed CMF. Two physical mechanisms -- short timescales for the evolution of massive cores, and continuing accumulation of mass onto protostellar cores -- best explain the relative excess of protostars in high mass cores and the rarity of massive starless cores. In addition, confusion both increases the likelihood that a protostar is identified within a core, and increases mass assigned to a core. The observed pre/protostellar mass distributions are consistent with faster evolution and a shorter lifetime for higher-mass prestellar cores. We rule out longer timescales for higher-mass prestellar cores. The differences in the prestellar and protostellar mass distributions imply that the prestellar CMF (and possibly the combined pre+protostellar CMF) should be steeper than the IMF. A steeper prestellar CMF can be reconciled with the observed similarity of the CMF and the IMF in some regions if a second opposing effect is present, such as the fragmentation of massive cores into multiple systems.

研究动机与目标

• 解释御夫座分子云中观测到的原恒星核与无星核比例的质量依赖性。
• 确定造成大质量核中原恒星核过剩现象的原因是选择效应还是物理演化过程。
• 评估前恒星核质量函数（CMF）如何映射到恒星初始质量函数（IMF）。
• 评估混淆、多星系统及瞬态核对观测核心质量分布的影响。
• 约束整个质量谱范围内核心的演化时间尺度与质量吸积行为。

提出的方法

• 构建核心质量演化图（CMEDs），以可视化核心质量随时间的演化，并映射到观测到的CMF。
• 分析SCUBA 850 μm与斯皮兹勒中红外数据，基于中红外探测与分子喷流，将核心分类为无星核或原恒星核。
• 评估选择效应，包括探测极限、混淆、多星系统及亚毫米与中红外巡天中的瞬态核形成。
• 比较前恒星核与原恒星核的观测核心质量函数（CMF），以推断演化趋势。
• 建模演化情景：变化核心演化时间尺度、持续质量吸积及碎片化效应。
• 使用统计分析检验CMF形状差异是否源于选择效应或内在物理过程。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何御夫座中最重的核心全为原恒星核，而低质量核心则主要为无星核？
• RQ2 核心演化时间尺度的差异是否可解释原恒星核比例的质量依赖性？
• RQ3 在星团区域中，混淆与多星系统在多大程度上会偏差核心质量与分类测量？
• RQ4 原恒星阶段持续的质量吸积是否可解释大质量无星核的缺失？
• RQ5 鉴于其质量分布存在差异，前恒星核CMF与恒星IMF之间有何关系？

主要发现

• 观测到的大质量核中原恒星核过剩现象，最合理的解释是大质量核演化时间尺度更短，而非更长。
• 原恒星核阶段的持续质量吸积，而非原恒星形成时的质量峰值，显著贡献于大质量原恒星核的过剩。
• 星团区域中的混淆会增加将无星核误分类为原恒星核的可能性，并高估核心质量。
• 选择效应，特别是难以探测低光度原恒星核，导致观测到的低质量无星核数量偏多。
• 前恒星核CMF可能比IMF更陡峭，与普遍假设的CMF与IMF直接映射相矛盾。
• 大质量核碎片化形成多系统可能抵消更陡的CMF，解释为何某些区域CMF与IMF形状相似。