[论文解读] The formation of stars in groups

Jonathan P. Williams|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2001

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用 31

一句话总结

本文提出了一种用于嵌入式恒星团的运动学演化模型，利用NGC2264中尘埃和分子气体的毫米波观测，将团星形态、速度 dispersion 和吸积速率联系起来。研究发现，原恒星迁移和包层消散驱动了早期团星的膨胀，与更紧凑、具有吸积特征的IRS1相比，IRS2显示出更先进的演化迹象（运动学年龄 ~5×10⁵ yr），表明团星演化始于I型前恒星阶段。

ABSTRACT

Observations of the dust and gas around embedded stellar clusters reveal some of the processes involved in their formation and evolution. Large scale mass infall with rates dM/dt=4e-4 solar masses/year is found to be disrupted on small scales by protostellar outflows. Observations of the size and velocity dispersion of clusters suggest that protostellar migration from their birthplace begins at very early times and is a potentially useful evolutionary indicator.

研究动机与目标

• 通过研究吸积、喷流与原恒星迁移之间的相互作用，理解恒星团的形成与早期演化。
• 检验团星形态与运动学是否可作为嵌入式I型前恒星阶段演化阶段的指标。
• 探究环绕团星的包层在早期形成过程中对团星结构与稳定性的作用。
• 通过比较两个嵌入式原恒星团（IRS1与IRS2）的物理特性，推断其相对演化阶段。
• 评估基于年轻致密团星的大小与速度 dispersion 的运动学年龄估计的可靠性。

提出的方法

• 利用海因里希·赫茨望远镜在870 μm波段进行的毫米波长尘埃连续谱与分子线（HCO⁺, H¹³CO⁺）观测，绘制IRS1与IRS2中气体与尘埃的分布。
• 测量尘埃连续谱流量，并假设κ = 0.009 cm²/g与T_d = 17 K，推导出总质量（气体 + 尘埃），每个团星质量约为~710–790 M☉。
• 利用线积分图推断吸积与喷流运动，识别出单个核内呈现反转（喷流样）的谱型。
• 从线轮廓计算质量吸积速率，发现IRS2的Ṁ_in ≈ 2×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹，低于按总团星吸积速率除以原恒星数预期的值。
• 基于团星大小与速度 dispersion（σ_c-c = 0.90 km s⁻¹）计算了virial质量（M_virial ≈ 250 M☉）与运动学年龄（t ≈ 5×10⁵ yr）。
• 提出团星演化的示意图模型：紧凑、嵌入的团星（I型前恒星阶段）在包层消散与原恒星迁移过程中演化为更扩展、密度更低的构型（I型阶段）。

实验结果

研究问题

• RQ1 团星形态与速度 dispersion 是否可作为嵌入式原恒星团演化阶段的指标？
• RQ2 大规模质量吸积与原恒星喷流在早期形成过程中对团星结构的塑造作用是什么？
• RQ3 不同嵌入式团星之间的吸积速率与喷流活动如何比较？它们揭示了质量吸积与包层消散的哪些信息？
• RQ4 能否可靠地将基于膨胀速度与大小的运动学年龄估计方法应用于仍在经历吸积与包层消散的团星？
• RQ5 是否存在从紧凑、嵌入式构型向更分散、演化更成熟的系统演化的团星演化一致模式？

主要发现

• IRS1与IRS2具有相似的尘埃质量（~80–90 Jy beam⁻¹），暗示总质量约为~710–790 M☉，平均体积密度约为~3–5×10⁴ cm⁻³，面密度约为~5–8×10²² cm⁻²。
• 高面密度表明A_V > 50，确认两个团星均处于I型前恒星阶段且深度嵌入。
• IRS2显示出比IRS1更先进的演化迹象，表现为更低的面密度、更大的尺寸（0.62 pc² vs. 0.45 pc²）以及约~5×10⁵ yr的运动学年龄估计，与晚期I型源一致。
• IRS2的质量吸积速率约为~2×10⁻⁵ M☉ yr⁻¹，显著低于按总团星吸积速率除以原恒星数的预期值，表明并非所有吸积物质都到达原恒星。
• 团星的virial质量（250 M☉）低于总星际质量但可能高于最终的恒星质量，表明随着气体消散，团星可能变得不稳定。
• 观测到的形态与运动学特征支持一种模型：随着环绕团星的包层消散与原恒星从其诞生位置迁移，团星从紧凑、嵌入的构型演化为更扩展、更分散的系统。