[論文レビュー] 17 new very low-mass members in Taurus. The brown dwarf deficit revisited

Sylvain Guieu, C. Dougados+3 more|CERN Bulletin|Sep 13, 2005

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 58

ひとこと要約

本研究では、広域光学調査と分光的追従観測を通じて、タウルス星形成領域に17例の新しい非常に低質量（VLM）および褐色矮星（BD）メンバーを特定した。これにより、亜恒星対恒星比は 0.23 ± 0.05 に更新され、現在はトラペジウム星団と一致するようになり、BDは本質的に不足しているわけではなく、密度の高い核から動的放出によって空間的に分離している可能性を示唆している。

ABSTRACT

Recent studies of the substellar population in the Taurus cloud have revealed a deficit of brown dwarfs (BD) compared to the Trapezium cluster population (Briceno et al 1998; Luhman 2000; Luhman et al 2003a; Luhman 2004). However, these works have concentrated on the highest stellar density regions of the Taurus cloud. We have performed a large scale optical survey of this region, covering a total area of 30 deg^2, and encompassing the densest part of the cloud as well as their surroundings, down to a mass detection limits of 15 Jupiter Masses (MJ). In this paper, we present the optical spectroscopic follow-up observations of 97 photometrically selected potential new low-mass Taurus members, of which 27 are strong late-M (SpT < M4V) candidates. These observations reveal 5 new very low mass (VLM) Taurus members and 12 new BDs. Combining our observations with previously published results, we derive an updated substellar to stellar ratio in Taurus of Rss =0.23 +/- 0.05. This ratio now appears consistent with the value previously derived in the Trapezium cluster under similar assumptions of 0.26 +/- 0.04. We find strong indication that the relative numbers of BDs with respect to stars is decreased by a factor 2 in the central regions of the aggregates with respect to the more distributed population. Our findings are best explained in the context of the embryo-ejection model where brown dwarfs originate from dynamical interactions in small N unstable multiple systems.

研究の動機と目的

• 高密度領域を越えて調査を拡大することで、タウルスにおける長年の「褐色矮星欠如」問題を解消すること。
• 広範囲にわたる領域におけるVLMおよびBDメンバーの同定を通じて、タウルスにおける真の亜恒星初期質量関数（IMF）を評価すること。
• 動的放出モデルに関連して、亜恒星天体の空間的分布および降着特性を調査すること。
• 一貫した仮定のもとで、タウルスとトラペジウム星団における亜恒星対恒星比を比較すること。
• BDの豊度における環境依存性が観測バイアスに起因するのか、それとも動的放出のような物理的過程に起因するのかを評価すること。

提案手法

• CFHTおよびMegacamを用いて、タウルスの約28 deg²を広域光学調査し、i′ ≈ 20–24およびz′ ≈ 21–23の感度を達成。これは年齢 ≤5 Myrの状態で15 M_Jの質量検出限界に対応する。
• 色-等級図および色-色図に基づき、97個の光度的候補を選定。主に晩期M型および亜恒星型（スペクトル型 ≥ M4V）に注目した。
• 中分解能光学分光観測を実施し、スペクトルフィッティングおよびNa I等価幅解析により、スペクトル型、視覚的減光、光度クラスを導出。
• 色、スペクトル型、減光、および radial velocity の整合性を用いてメンバー性を評価。M4V以降のタイプでは87–90%の完全性を達成。
• Hα線の過剰放射および禁制線（例：[O I] 6300 Å）の放射を用いて降着の兆候を同定。亜恒星メンバーの42%で進行中の降着が示唆された。
• 既存の調査結果と統合し、更新された亜恒星対恒星比（ℛ_ss）を計算。また、星雲全体にわたるBD豊度の空間勾配を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タウルスにおける褐色矮星の顕著な欠如は、高密度領域における観測バイアスに起因するのか、それとも本質的な物理的不足を反映しているのか？
• RQ2 低密度領域を含む広範囲にわたる代表的領域を調査した場合、タウルスにおける真の亜恒星対恒星比は何か？
• RQ3 新たに同定された褐色矮星および非常に低質量星は、古典的T Tauri星と同様の降着兆候を示すか？
• RQ4 BD対星比に空間的勾配があり、密度の高いクラスターコアでBDの豊度が低いのか、それともより広がった領域で高いのか？
• RQ5 タウルスにおけるBDの観測された分布および豊度は、不安定な複数系からの動的放出（胚細胞放出モデル）によって説明可能か？

主な発見

• 本研究では、12例の褐色矮星および5例の非常に低質量星を含む、17例の新しいタウルスメンバーを同定。亜恒星メンバーの42%がHα線の過剰放射を示し、進行中の降着を示唆している。
• 更新されたタウルスにおける亜恒星対恒星比は ℛ_ss = 0.23 ± 0.05 であり、類似した仮定のもとでトラペジウム星団で得られた 0.26 ± 0.04 と統計的に一致するようになった。
• 中心0.5 pcの凝集体ではBD対星比が2倍以上低下しており、空間的分離が顕著に示されている。
• 2例のVLMメンバー（CFHT-Tau 19および21）および4例のBD（CFHT-Tau 6、8、11、12）が近赤外過剰放射および光学的禁制線放射を示し、進行中の降着過程が確認された。
• タウルスとトラペジウム星団におけるℛ_ssの類似性に加え、BD豊度の空間勾配が、胚細胞放出モデルがBD形成の妥当な説明であることを支持している。
• 結果から、不安定な小N系からの動的放出は、タウルスにおけるBDの観測された空間的分布および相対的豊度を再現可能であり、1 km/s以上の放出速度であれば、2–3 Myrのうちに1°の範囲にBDが分散可能であると示唆されている。