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Circumstellar disks and envelopes around young low-mass stars

Quanz, Sascha Patrick

German Title: Zirkumstellare Scheiben und Hüllen junger massearmer Sterne

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Abstract

In this PhD thesis astronomical observations of the immediate surroundings of young low-mass stars are presented and interpreted. Particular emphasis is put on FU Orionis stars (FUors). These objects are surrounded by an active accretion disk and a circumstellar envelope, both consisting of gas, dust and ice components. During the FUor-phase the envelope is dispersed and partly accreted onto the disk. Using data from the HUBBLE SPACE TELESCOPE, the SPITZER SPACE TELESCOPE, and the VERY LARGE TELESCOPE INTERFEROMETER, accretion disks and envelopes are investigated, and physical parameters, possible dust compositions, and ice properties are derived. Evidence for dust coagulation and grain growth within the disks is found, indicating dust processing in the early phases of accretion disk evolution. Furthermore, evidence for FUors in a young stellar cluster is presented, suggesting that most young, low-mass stars possibly undergo this phase of enhanced accretion, regardless of their immediate stellar environment. Based on spectroscopic diagnostics, an evolutionary sequence for FUors is found, which fits into the general paradigm of low-mass star formation. Finally, a deep near-infrared survey in the Taurus star-forming region reveals numerous new candidates for young low-mass stars and Brown Dwarfs surrounded by circumstellar disks. Based on photometric measurements and theoretical models, the least massive objects discerned by the survey are found to have masses in the range of several Jupiter masses. This makes them excellent candidates for being among the least massive free-floating objects with circum-sub-stellar disks known today.

Translation of abstract (German)

In der vorliegende Dissertation werden astronomische Beobachtungen der unmittelbaren Umgebung junger, massearmer Sterne dargestellt und interpretiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf FU Orionis Objekten (FUors). Diese Objekte sind von einer aktiven Akkretionsscheibe und einer zirkumstellaren Hülle umgeben, die aus Gas-, Staub- und Eiskomponenten aufgebaut sind. Im Laufe der FUor-Phase wird die Hülle teilweise auf die Scheibe akkretiert und der Rest durch Stern- oder Scheibenwinde auseinander getrieben. Mit Daten des HUBBLE SPACE TELESCOPE, des SPITZER SPACE TELESCOPE und des VERY LARGE TELESCOPE INTERFEROMETER werden Akkretionsscheiben und Hüllen untersucht und physikalische Gr¨oßen, m¨ogliche Staubzusammensetzungen und Eiseigenschaften abgeleitet. Es ergeben sich deutliche Hinweise, dass Staubteilchen bereits in diesen frühen Phasen der Scheibenentwicklung koagulieren und wachsen. Des weiteren wird gezeigt, dass FUors auch in jungen Sternhaufen existieren. Somit scheinen junge massearme Sterne diese Evolutionsphase unabhängig von ihrer unmittelbaren Umgebung zu durchlaufen. Basierend auf Spektren wird eine Entwicklungssequenz für FUors abgeleitet,welche sich direkt in die allgemeine Evolution junger Sterne einfügt. Letztlich werden neue Kandidaten für junge Sterne und Braune Zwerge in der Sternentstehungsregion Taurus vorgestellt, welche möglicherweise von zirkumstellaren Scheiben umgeben sind. Die Objekte wurden im Rahmen einer Durchmusterung bei nah-infraroten Wellenllängen entdeckt. Photometrische Messungen und theoretische Modelle deuten darauf hin, dass einige dieser Objekte Massen in der Größenordnung von nur wenigen Jupitermassen besitzen. Somit sind sie exzellente Kandidaten, um zu den bisher masseärmsten, ungebundenen Objekten zu gehören, welche zusätzlich von einer Scheibe umgeben sind.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Dr. Thomas
Date of thesis defense: 4 July 2007
Date Deposited: 30 Jul 2007 12:16
Date: 2007
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Planetenentstehung, Interstellarer Staub, Zirkumstellare Hülle
Uncontrolled Keywords: Sternenstehung , Zirkumstellare Scheiben , TTauri Sterne , FU Orionis SterneCircumstellar disks , Star formation , Planet formation , FU Orionis stars , TTauri stars
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