[論文レビュー] A search for spectroscopic binaries in the galactic globular cluster M4. Based on 5973 individual spectra collected at VLT

V. Sommariva, G. Piotto+5 more|Edinburgh Research Explorer (University of Edinburgh)|Oct 10, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、VLTのFLAMES+GIRAFFE装置を用いて、銀河の球状星団M4の2,469顆の星について5,973枚の高分解能分光スペクトルを取得した分光的サーベイを実施した。57個の分光的連星候補を特定し、下限としての連星率は3.0±0.3%であった。これは、中心部では5.1±2.3%に上昇し、半質量半径に向かって減少する傾向を示した。

ABSTRACT

We present a large multi-epoch high resolution spectroscopic investigation for the search of binary candidates in the Galactic Globular Cluster (GGC) M4. The aim of our work is the identification of the binary candidates, and the determination of the binary fraction and of the binary radial distribution. We present a large multi-epoch high resolution spectroscopic investigation for the search of binary candidates in the Galactic Globular Cluster (GGC) M4. The aim of our work is the identification of the binary candidates, and the determination of the binary fraction and of the binary radial distribution. The average radial velocity of the observed cluster members is $70.29+/-0.07(+/-0.3)(+/-0.1)km/s. The search for variations in radial velocities among the stars with multi-epoch observations yielded 57 binary star candidates. Our radial velocity measurement accuracy allowed us to identify at a 3sigma level binaries with radial velocity variations larger than ~0.3km/s for the target stars with V<15, and larger than ~0.5km/s for the targets with V>15. We identified 4 binary star candidates out of 97 observed targets inside the core radius, and 53 candidates out of 2372 observed stars outside the core radius. Accounting for the incompleteness affecting our survey, the lower limit for the total binary fraction is f=3.0+/-0.3%. The lower limit for the binary fraction in the cluster core is f=5.1+/-2.3%, while outside the core it decreases to f=3.0+/-0.4%. Similarly, we found f=4.5+/-0.4% and f=1.8+/-0.6% for the binary fraction inside and outside the half mass radius.

研究の動機と目的

• マルチエポックの高分解能分光観測を用いて、銀河の球状星団M4における分光的連星率を特定すること。
• 特に中心部と外縁部を比較することで、M4内の連星系の半径分布を調査すること。
• 複数エポックにわたる数千顆の星の分析により、M4における連星率推定の統計的信頼性を向上させること。
• コアコラプスとエネルギー生成の関係において、連星がM4の進化に果たす動的役割を制約すること。
• 将来的な動力学的モデリングのための、高精度な径速度測定ベースラインを提供すること。

提案手法

• VLTのFLAMES+GIRAFFE分光計を用いて、M4の2,469顆の星について5,973枚の個別高分解能スペクトルを取得した。
• 選択された星は、赤巨星巨星の端から主系列曲がり点より1等星明るい領域までをカバーし、クラスタ全体を網羅した。
• 各星について約3年間のベースラインを持つマルチエポック観測を実施し、484顆の星が3エポックで観測された。
• 太陽型テンプレートスペクトルとの相互相関を用いて、1km/s未満の精度で径速度を計算した。
• 3σ以上の有意な変動を示す径速度変動を検出し、分光的連星候補を特定した。
• サーベイの不完全性を補正し、クラスタの異なる領域（中心部、半質量半径）における下限としての連星率を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マルチエポックの径速度モニタリングに基づき、銀河の球状星団M4における分光的連星率は何か？
• RQ2 中心からの距離に応じて連星率はどのように変化するのか。特に中心部と半質量半径より外縁部を比較して検討する。
• RQ3 本サーベイにおける径速度変動の検出閾値は何か。また、星の明るさ（V等星）に依存するか？
• RQ4 観測された連星率は、コアコラプスを伴わないクラスタにおける動的進化の理論的期待値と一致するか？
• RQ5 中心部の明るさのピークがない状況下で、M4におけるエネルギー収支に連星が果たす貢献は何か？

主な発見

• クラスタメンバーの平均径速度は70.29 ± 0.07 km/sであり、系統的不確かさは±0.3および±0.1 km/sであった。
• 複数エポックにわたる顕著な径速度変動に基づき、57個の分光的連星候補が特定された。
• V ≤ 15の星では約0.3 km/s、V ≥ 15の星では約0.5 km/sの3σ検出閾値を達成した。
• 全クラスタにおける下限連星率は3.0 ± 0.3%であり、中心部では5.1 ± 2.3%、中心部外縁部では3.0 ± 0.4%であった。
• 半質量半径より外縁部では連星率が1.8 ± 0.6%に低下し、連星分布に半径勾配が存在することが示された。
• 結果は、連星が動的加熱源として機能していることを支持しており、M4がリラクゼーション時間を超えておりながらもコアコラプスを示さないことに整合的である。