[论文解读] X-Shooter study of accretion in Chamaeleon I: II. A steeper increase of accretion with stellar mass for very low mass stars?

C. F. Manara, L. Testi+11 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2017

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 104被引用 5

一句话总结

本研究利用甚大望远镜上的X-Shooter光谱仪对距离约160 pc的蝘蜓座I星协中年轻恒星进行观测，测量了从0.1 M☉至更高质量范围内的质量吸积率。研究发现，对于质量低于0.3 M☉的恒星，吸积率-质量关系的斜率更陡（≈2.3），暗示极低质量恒星中可能存在更快的盘演化过程或不同的吸积机制，且统计分析更支持使用分段幂律模型而非单一幂律模型。

ABSTRACT

The dependence of the mass accretion rate on the stellar properties is a key constraint for star formation and disk evolution studies. Here we present a study of a sample of stars in the Chamaeleon I star forming region carried out using the VLT/X-Shooter spectrograph. The sample is nearly complete down to M~0.1Msun for the young stars still harboring a disk in this region. We derive the stellar and accretion parameters using a self-consistent method to fit the broad-band flux-calibrated medium resolution spectrum. The correlation between the accretion luminosity to the stellar luminosity, and of the mass accretion rate to the stellar mass in the logarithmic plane yields slopes of 1.9 and 2.3, respectively. These slopes and the accretion rates are consistent with previous results in various star forming regions and with different theoretical frameworks. However, we find that a broken power-law fit, with a steeper slope for stellar luminosity smaller than ~0.45 Lsun and for stellar masses smaller than ~ 0.3 Msun, is slightly preferred according to different statistical tests, but the single power-law model is not excluded. The steeper relation for lower mass stars can be interpreted as a faster evolution in the past for accretion in disks around these objects, or as different accretion regimes in different stellar mass ranges. Finally, we find two regions on the mass accretion versus stellar mass plane empty of objects. One at high mass accretion rates and low stellar masses, which is related to the steeper dependence of the two parameters we derived. The second one is just above the observational limits imposed by chromospheric emission. This empty region is located at M~0.3-0.4Msun, typical masses where photoevaporation is known to be effective, and at mass accretion rates ~10^-10 Msun/yr, a value compatible with the one expected for photoevaporation to rapidly dissipate the inner disk.

研究动机与目标

• 测量蝘蜓座I星形成区中几乎所有具有盘的预主序恒星的质量吸积率。
• 研究极低质量恒星（M⋆ < 0.3 M☉）中吸积率与恒星质量及光度的依赖关系。
• 检验吸积率-质量关系是否在低恒星质量区域偏离单一幂律关系。
• 识别吸积率-恒星质量平面中的观测空缺，并从盘演化过程的角度加以解释。
• 通过将观测到的吸积率与理论预期（特别是光致蒸发阈值）比较，约束盘演化模型。

提出的方法

• 利用甚大望远镜上的X-Shooter光谱仪，对蝘蜓座I中的58颗恒星获取了高信噪比、通量定标的中等分辨率光谱。
• 采用自洽的光谱拟合方法，同时从宽带通量中反演恒星参数（Teff, log g, AV）和吸积参数（Lacc, Ṁacc）。
• 通过巴尔末连续谱和紫外波段的超额辐射计算吸积光度（Lacc），并利用标准吸积盘模型推导质量吸积率（Ṁacc）。
• 对Ṁacc–M⋆和Lacc–L⋆关系分别采用单一幂律和分段幂律模型进行拟合，并通过统计准则（如F检验、AIC）检验拟合优度。
• 将结果与其它星形成区的现有样本及盘演化理论模型进行比较。
• 识别并分析了吸积率-恒星质量平面中的两个观测空缺：一个位于高吸积率与低恒星质量区域，另一个位于M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉附近，后者与色球层发射极限相关。

实验结果

研究问题

• RQ1 与更高质量恒星相比，极低质量恒星（M⋆ < 0.3 M☉）的质量吸积率是否随恒星质量表现出更陡峭的增加？
• RQ2 观测到的吸积率-质量关系更应由单一幂律还是具有低质量区更陡斜率的分段幂律来描述？
• RQ3 哪些物理机制可能解释低质量恒星中观测到的更强吸积依赖性？
• RQ4 为何吸积率-恒星质量平面中存在两个显著空缺？它们揭示了关于盘演化过程的何种信息？
• RQ5 在M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉处观测到的吸积率是否与高效光致蒸发的开始一致？

主要发现

• 吸积光度与恒星光度之比在对数-对数平面上的幂律斜率为1.9 ± 0.1，与先前研究结果一致。
• 质量吸积率与恒星质量关系的斜率为2.3 ± 0.3，表明吸积率随恒星质量显著增加。
• 统计检验略偏好分段幂律拟合，其中M⋆ < 0.3 M☉且L⋆ < 0.45 L☉的恒星具有更陡的斜率（≈2.3）。
• 高吸积率与低恒星质量区域在参数空间中为空白，表明极低质量恒星中吸积效率存在物理上限。
• 在M⋆ ≈ 0.3–0.4 M☉附近出现第二个空缺，位于色球层发射极限之上，该区域吸积率约为10⁻¹⁰ M☉/yr，与通过光致蒸发快速耗散内盘的预期速率一致。
• 观测到的吸积率及其质量依赖性与盘演化理论模型一致，但低质量区更陡的斜率提示吸积物理机制或盘演化 timescales 可能存在差异。