[論文レビュー] An Adaptive Optics Census of Companions to Northern Stars Within 25 pc with Robo-AO

Maïssa Salama, Carl Ziegler+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、ロボ・アオーのロボット式適応光学システムを用いて、25 pc以内の体積制限付きの恒星連星の全数調査を実施し、分離角が0.′′15から4.′′0の範囲、明るさの差が∆mi′ ≤7までの154個の連星候補を検出しました。調査では、ガイヤ・EDR3の視差・自己運動の整合性に基づき53例の物理的関連を確認し、FGK星の多重度は40.9%±3.0%、M星の多重度は28.2%±2.3%であると報告しました。また、49例の新しい連星を同定し、近傍恒星系の全数調査を顕著に向上させました。

ABSTRACT

In order to assess the multiplicity statistics of stars across spectral types and populations in a volume-limited sample, we censused nearby stars for companions with Robo-AO. We report on observations of 1157 stars of all spectral types within 25 pc with decl. $>-13^{\circ}$ searching for tight companions. We detected 154 companion candidates with separations ranging from $\sim$0.15$''$ to 4.0$''$ and magnitude differences up to $\Delta$m$_{ extit{i'}}\le$7 using the robotic adaptive optics instrument Robo-AO. We confirmed physical association from Gaia EDR3 astrometry for 53 of the companion candidates, 99 remain to be confirmed, and 2 were ruled out as background objects. We complemented the high-resolution imaging companion search with a search for co-moving objects with separations out to 10,000 AU in Gaia EDR3, which resulted in an additional 147 companions registered. Of the 301 total companions reported in this study, 49 of them are new discoveries. Out of the 191 stars with significant acceleration measurements in the Hipparcos-Gaia catalog of accelerations, we detect companions around 115 of them, with the significance of the acceleration increasing as the companion separation decreases. From this survey, we report the following multiplicity fractions (compared to literature values): 40.9%$\pm$3.0% (44%) for FGK stars and 28.2%$\pm$2.3% (27%) for M stars, as well as higher-order fractions of 5.5%$\pm$1.1% (11%) and 3.9%$\pm$0.9% (5%) for FGK stars and M type stars, respectively.

研究の動機と目的

• スペクトル型と恒星集団ごとに体積制限付きサンプルで近傍恒星の多重度統計を評価すること。
• ロボ・アオーの自律的適応光学システムを用いた高分解能画像法により、これまで解像不能だった連星を検出すること。
• 特にM矮星とFGK星に対して、太陽系近傍の恒星連星の全数調査を改善すること。
• ガイヤ・EDR3の視差・自己運動測定を用いて物理的関連を検証し、見えない伴星を示唆する加速運動を示す星を同定すること。
• 高分解能画像法とガイヤ・EDR3の共動対象探索を組み合わせることで、連星検出の感度を最大化すること。

提案手法

• 25 pc以内かつ赤緯>−13°の1157個の恒星を対象に、完全に自律的なロボ・アオー・レーザー適応光学装置を用いた体積制限付き調査を実施した。
• 分離角が約0.′′15から4.′′0の範囲、明るさの差が∆mi′ ≤7までの密な連星を検出するための高分解能画像法を実施した。
• ガイヤ・EDR3の視差・自己運動の整合性に基づき、連星候補の物理的関連を確認した。
• ガイヤ・EDR3の自己運動および視差データを用いて、最大10,000 AUまでの広域的共動対象探索を画像法と併用した。
• スペクトル型ごとに多重度および高次多重度率を推定するための統計解析を実施した。
• ヒッパルコス・ガイヤ加速度カタログを用いて結果を検証し、顕著な軌道摂動を示す星を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高分解能画像法とガイヤの視差・自己運動測定を用いて、25 pc圏内のFGK型およびM型星の多重度はそれぞれどの程度か？
• RQ2 太陽系近傍でロボ・アオーの適応光学画像法により新たに同定された未検出連星はどれくらいか？
• RQ3 ガイヤ・EDR3の自己運動および視差測定は、連星候補の物理的関連をどの程度正確に確認できるか？
• RQ4 ヒッパルコス・ガイヤカタログにおける加速度測定値は、分離角が小さくなるに従ってどのように連星検出と相関するか？
• RQ5 ロボ・アオー画像法とガイヤ共動対象探索を組み合わせた場合、密な連星と広域の連星の合計検出数はどの程度か？

主な発見

• 分離角が約0.′′15から4.′′0の範囲、明るさの差が∆mi′ ≤7までの154個の連星候補を検出しました。
• そのうち53例はガイヤ・EDR3の視差・自己運動の整合性により物理的関連が確認され、99例は未確認、2例は背景天体として除外されました。
• FGK星の多重度は40.9%±3.0%、M星の多重度は28.2%±2.3%であり、高次多重度率はそれぞれ5.5%±1.1%および3.9%±0.9%でした。
• 報告された合計301例の連星のうち、49例が新規発見であり、近傍恒星系の既知の全数調査を顕著に拡大しました。
• ヒッパルコス・ガイヤカタログで顕著な加速度測定値を示す191例の星のうち、115例が連星を有していました。加速度の有意性は、連星の分離角が小さくなるに従って上昇しました。
• ロボ・アオー画像法とガイヤ・EDR3共動対象探索の組み合わせにより、合計301例の連星が回復され、複数手法を組み合わせたアプローチの有効性が示されました。