[论文解读] The JCMT Transient Survey: Four Year Summary of Monitoring the Submillimeter Variability of Protostars

Yong-Hee Lee, Doug Johnstone+50 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2021

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 188被引用 43

一句话总结

本研究利用JCMT对295个原恒星及其相关天体开展了为期四年的亚毫米波监测调查，发现了18个长期变星——主要为原恒星——表现出长期的亮度变化。关键发现是，数年时间尺度上的周期性吸积仅贡献了原恒星总质量聚集的百分之几，尽管有六颗源表现出吸积质量超过平静水平40%的爆发，表明若进一步长期监测，周期性吸积在数十年时间尺度上可能更为显著。

ABSTRACT

We present the four-year survey results of monthly submillimeter monitoring of eight nearby ($< 500 $pc) star-forming regions by the JCMT Transient Survey. We apply the Lomb-Scargle Periodogram technique to search for and characterize variability on 295 submillimeter peaks brighter than 0.14 Jy beam$^{-1}$, including 22 disk sources (Class II), 83 protostars (Class 0/I), and 190 starless sources. We uncover 18 secular variables, all of them protostars. No single-epoch burst or drop events and no inherently stochastic sources are observed. We classify the secular variables by their timescales into three groups: Periodic, Curved, and Linear. For the Curved and Periodic cases, the detectable fractional amplitude, with respect to mean peak brightness, is $\sim4$ % for sources brighter than $\sim$ 0.5 Jy beam$^{-1}$. Limiting our sample to only these bright sources, the observed variable fraction is 37 % (16 out of 43). Considering source evolution, we find a similar fraction of bright variables for both Class 0 and Class I. Using an empirically motivated conversion from submillimeter variability to variation in mass accretion rate, six sources (7 % of our full sample) are predicted to have years-long accretion events during which the excess mass accreted reaches more than 40 % above the total quiescently accreted mass: two previously known eruptive Class I sources, V1647 Ori and EC 53 (V371 Ser), and four Class 0 sources, HOPS 356, HOPS 373, HOPS 383, and West 40. Considering the full protostellar ensemble, the importance of episodic accretion on few years timescale is negligible, only a few percent of the assembled mass. However, given that this accretion is dominated by events of order the observing time-window, it remains uncertain as to whether the importance of episodic events will continue to rise with decades-long monitoring.

研究动机与目标

• 利用每月监测研究原恒星及其相关天体的长期亚毫米波变异性。
• 确定早期恒星形成阶段中周期性吸积的普遍性及其特征。
• 评估周期性吸积在数年时间尺度上对原恒星总质量聚集的贡献。
• 识别并表征近邻恒星形成区中的变源，特别是爆发或暂现源。
• 评估变异性对质量吸积率的影响及其对年轻恒星（YSO）光度问题的启示。

提出的方法

• 利用JCMT上的SCUBA-2在450和850 µm波段对八个近邻恒星形成区进行每月亚毫米波监测。
• 应用Lomb-Scargle周期图法检测并表征295个亚毫米波峰值中的周期性、曲线形及线性变异性。
• 根据谱能分布（SED）和演化阶段，将源分类为原恒星（0型/1型）、盘源（2型）和无星核。
• 采用基于经验的亚毫米波通量变异性与质量吸积率变异性之间的转换关系，估算爆发事件的贡献。
• 通过比较不同区域和源类中的变源比例，评估变异性在区域和演化上的依赖性。
• 评估定标稳定性及其对变异性检测的影响，指出改进定标可提高变源的恢复率。

实验结果

研究问题

• RQ1 在四年的基线时间内，亚毫米波明亮原恒星及其相关天体中长期变异性普遍吗？
• RQ2 亚毫米波变异性幅度和时标与原恒星演化类型（0型与1型）之间有何关联？
• RQ3 在数年时间尺度上，周期性吸积事件对原恒星演化过程中总质量聚集的贡献有多大？
• RQ4 已知爆发型YSO与亚低光度YSO在亚毫米波段的变异性行为是否存在差异？
• RQ5 随着监测基线的延长，周期性吸积的重要性将如何变化？定标稳定性在检测中起什么作用？

主要发现

• 共识别出18个长期变星，全部为原恒星（0型/1型），未检测到单次爆发或固有随机性源。
• 在通量高于0.5 Jy beam⁻¹的源中，可观测到的变异性幅度分数约为4%，变源比例达37%（43个源中的16个）。
• 0型与1型原恒星的变源比例相似，未观察到明显的演化依赖性。
• 六颗源——V1647 Ori、EC 53（V371 Ser）、HOPS 356、HOPS 373、HOPS 383和West 40——表现出吸积质量超过平静水平40%的爆发。
• 对于整个原恒星样本，数年时间尺度上的周期性吸积仅对总质量聚集贡献了百分之几。
• 观测到的变异性主要由持续时间与观测窗口相当的事件主导，表明更长的监测可能揭示周期性吸积在数十年时间尺度上的更大作用。