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High angular resolution observations of binary protostars

Chen, Xuepeng

German Title: Hochaufgelöste Beobachtungen von Doppelprotosternen

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Abstract

In this thesis I present a systematic effort to reveal the physical processes that lead to the formation of binary stars. We have observed, at high angular resolution, thirteen isolated low-mass protostellar cores, using the Owens Valley Radio Observatory millimeter array, the Australia Telescope Compact Array, and the IRAM Plateau de Bure Interferometer array. The observations were mainly carried out in the N2H+(1-0) line and at 3mm dust continuum. The results were complemented by infrared data from the Spitzer Space Telescope and the ESO Very Large Telescope. We find that binarity/multiplicity is frequent in the protostellar phase, though it is too early to derive a separation distribution. The circumstellar mass ratio distribution of binary protostars appears to be flat like that of more evolved long-period main-sequence binary stars, and more than 75% of protobinary systems have circumstellar mass ratios below 0.5. The specific angular momenta of protostellar cores are intermediate between those of prestellar cores and the orbital angular momenta of wide pre-main sequence binary systems. There appears to be no significant decrease of angular momentum between the onset of the protostellar collapse and the emergence of a binary star, which suggests that most of the angular momentum contained in the collapse region is transformed into orbital angular momentum of the resulting stellar binary system. We find that during core fragmentation the angular momentum is not evenly, in value and direction, divided between sub-cores. Furthermore, most cores with binary protostars have ratios of rotational to potential gravitational energy of beta_rot > 1%. This is consistent with theoretical simulations and suggests that the initial amount of rotational energy in a molecular cloud core is playing an important role in the protostellar fragmentation process.

Translation of abstract (German)

In dieser Arbeit präsentiere ich eine systematische Untersuchung der physikalischen Prozesse die zur Bildung von Doppelsternsystemen führen. Wir haben insgesamt dreizehn massearme isolierte protostellare Kerne bei hoher Winkelauflösung mit dem Owens Valley Radio Observatory Millimeter-Interferometer, dem Australia Telescope Compact Array und dem IRAM Plateau de Bure Interferometer beobachtet. Die Beobachtungen wurden hauptsächlich bei der Wellenlänge der N2H+(1-0) Linie und im 3mm Kontinuum durchgeführt. Die Ergebnisse werden ergänzt durch Infrarotdaten vom Spitzer Space Telescope und vom ESO Very Large Telescope. Wir finden dass Duplizität und Multiplizität in der protostellaren Phase häufig vorkommt. Allerdings ist es noch zu früh, eine Abstandsverteilung abzuleiten. Die Verteilung der zirkumstellaren Massenverhältnisse in Doppel-Protosternen scheint flach zu sein, wie die Massenverhältnisverteilung von weiterentwickelten Hauptreihendoppelsternen. Mehr als 75% der Doppel-Protosternsysteme haben Massenverhältnisse unter 0.5. Die Werte des spezifischen Drehimpulses von protostellaren Kernen liegen zwischen denen von prästellaren Kernen und den Bahndrehimpulsen von Vorhauptreihendoppelsternen. Zwischen dem Beginn des protostellaren Kollaps' und der Bildung eines Doppelsternsystems scheint es keine signifikante Verringerung des Gesamtdrehimpulses zu geben. Daraus kannn man schliessen dass der groesste Teil des in der Kollapsregion enthaltenen Drehimpulses in Bahndrehimpuls des entstehenden Doppelsternsystems umgewandelt wird. Wir finden auch dass beim Fragmentationsprozess der Gesamtdrehimpuls oft nicht gleichmässig zwischen den Fragmenten aufgeteilt wird, sowohl bezüglich Wert als auch Richtung. Weiterhin finden wir dass das Verhältniss zwischen Rotationsenergie und potentieller Gravitationsenergie (beta_rot) in den meisten Kernen mit Doppel-Protosternen grösser als 1% ist. Dieses Ergebnis ist konsistent mit theoretischen Simulationen und deutet darauf hin, dass der ursprüngliche Anteil der Rotationsenergie am Gesamtenergiegehalt eines Molekülwolkenkerns eine wichtige Rolle im protostellaren Fragmentationsprozess spielt.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Henning, Prof. Thomas
Date of thesis defense: 7 February 2008
Date Deposited: 15 Feb 2008 10:09
Date: 2008
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 520 Astronomy and allied sciences
Controlled Keywords: Heidelberg / Max-Planck-Institut für Astronomie, Astronomie, Sternentstehung, Doppelstern, Interferometer, Drehimpuls
Uncontrolled Keywords: Max Planck Institute for Astronomy , Star Formation , Binary Stars , Angular Momentum , Interferometry
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