[论文解读] The VLA/ALMA Nascent Disk and Multiplicity (VANDAM) Survey of Orion Protostars VI. Insights from Radiative Transfer Modeling

Patrick Sheehan, John Tobin+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 28, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 162被引用 40

一句话总结

本研究通过马尔可夫链蒙特卡洛辐射转移建模，分析了97个猎户座原恒星在ALMA 345 GHz连续谱和谱能分布（SED）数据，推导出盘和包层的性质，发现盘的中位尘埃质量为5.8 M⊕，半径为29.4 au。研究发现，原恒星的盘性质在Class 0、I和平坦谱型源中几乎无演化，由于倾角效应，挑战了分类与演化阶段之间的关联，并表明磁流体动力学过程可能是重现观测到的盘性质的关键因素。

ABSTRACT

We present Markov Chain Monte Carlo radiative transfer modeling of a joint ALMA 345 GHz and spectral energy distribution dataset for a sample of 97 protostellar disks from the VLA and ALMA Nascent Disk and Multiplicity Survey of Orion Protostars. From this modeling, we derive disk and envelope properties for each protostar, allowing us to examine the bulk properties of a population of young protostars. We find that disks are small, with a median dust radius of $ 29.4^{+ 4.1}_{- 2.7}$ au and a median dust mass of $ 5.8^{+ 4.6}_{- 2.7}$ M$_{\oplus}$. We find no statistically significant difference between most properties of Class 0, I, and Flat Spectrum sources with the exception of envelope dust mass and inclination. The distinction between inclination is an indication that the Class 0/I/Flat Spectrum system may be difficult to tie uniquely to the evolutionary state of protostars. When comparing with Class II disk dust masses in Taurus from similar radiative transfer modeling, we further find that the trend of disk dust mass decreasing from Class 0 to Class II disks is no longer present, though it remains unclear whether such a comparison is fair due to differences in star forming region and modeling techniques. Moreover, the disks we model are broadly gravitationally stable. Finally, we compare disk masses and radii with simulations of disk formation and find that magnetohydrodynamical effects may be important for reproducing the observed properties of disks.

研究动机与目标

• 通过建模多波长数据，理解猎户分子云中年轻原恒星盘的物理性质。
• 评估盘和包层性质是否从Class 0到Class II源系统性演化。
• 检验标准原恒星分类方案（Class 0、I、平坦谱型）作为演化状态示踪器的有效性。
• 通过与模拟比较，评估磁场和流体动力学在塑造观测到的盘性质中的作用。
• 量化辐射转移效应对ALMA数据中盘质量与半径测量的影响。

提出的方法

• 使用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）拟合方法，联合建模ALMA 345 GHz可见度数据和HOPS谱能分布（SED）。
• 利用RADMC-3D进行辐射转移模拟，以模拟盘和包层组分的尘埃温度、光学厚度和发射。
• 使用Toomre Q参数评估盘的引力稳定性，基于建模得到的密度和温度分布计算。
• 将视线方向（倾角）作为自由参数，评估其对观测SED和分类的影响。
• 将建模得到的盘性质与原恒星形成过程的流体动力学和磁流体动力学模拟（如Bate 2018；Wurster et al. 2019a）进行比较。
• 使用pdspy和GALARIO进行模型可视化与可见度平面分析，采用emcee进行贝叶斯推断。

实验结果

研究问题

• RQ1 盘的尘埃质量与半径是否如标准原恒星分类方案所暗示的那样，从Class 0到Class II源系统性演化？
• RQ2 观测到的总辐射温度或SED分类在多大程度上反映真实演化状态，还是受视线方向影响而产生偏差？
• RQ3 所推导的盘性质与原恒星形成过程的流体动力学和磁流体动力学模拟预测相比如何？
• RQ4 以Toomre Q参数衡量，观测到的原恒星盘的引力稳定性如何？
• RQ5 基于简单通量的盘质量估计与基于辐射转移模型的估计之间，差异有多大？

主要发现

• 样本的中位盘尘埃质量为5.8+4.6−2.7 M⊕，中位尘埃半径为29.4+4.1−3.2 au，表明盘较小且质量相对较低。
• 仅11.3%+4.6%−3.4%的盘半径超过100 au，证实大多数原恒星盘是紧凑的。
• 在Class 0、I和平坦谱型源之间，盘尘埃质量或半径无统计显著差异，挑战了这些分类代表不同演化阶段的假设。
• 平坦谱型源的倾角分布与Class 0和I源显著不同，且倾角与总辐射温度相关，表明视线方向污染了演化分类。
• 基于简单通量测量的盘质量系统性低估了真实质量，与辐射转移模型相比，差异主要由温度结构和盘半径效应驱动。
• Toomre Q参数表明，大多数盘处于引力稳定状态，仅有极少数显示出不稳定的迹象。