[論文レビュー] Are isolated planetary-mass objects really isolated? A brown dwarf-exoplanet system candidate in the sigma Orionis cluster

J. A. Caballero, E. L. Martı́n+2 more|ArXiv.org|Aug 30, 2006

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 43被引用数 24

ひとこと要約

本研究では、σオリオン座星団内に、M5–6型の褐色矮星（SE 70）と惑星質量の物体（S Ori 68）の間で1,700 ± 300 AUの投影距離を有する候補の褐色矮星–系外惑星系を提示する。SE 70のクラスターメンバーシップを支持するスペクトロスコピック証拠（リチウム吸収およびHα発光）が得られ、一部の「孤立した」惑星質量物体が実際には広がった惑星系の一部である可能性を示唆する。

ABSTRACT

The recent detection by direct imaging of three giant planets at wide separation (50-250 AU) from their primaries has raised the question about the ``true isolation'' of planetary-mass objects in clusters. Our goal was to test the possibility that some free-floating planetary-mass object could in fact be part of wide planetary systems. We searched in the literature for stellar and brown-dwarf member candidates of the sigma Orionis cluster at small angular separations from published candidate planetary-mass objects. We found one candidate planetary system, SE 70, composed of an X-ray source and a planetary-mass object, namely S Ori 68, separated by only 4.6 arcsec. In order to assess the cluster membership of the X-ray source, we obtained mid-resolution optical spectroscopy using ISIS on the William Herschel Telescope. We also compiled additional data on the target from available astronomical catalogues. We have found that SE 70 follows the spectrophotometric sequence of the cluster and displays spectroscopic features of youth, such as lithium in absorption and chromospheric Halpha emission. The radial velocity is consistent with cluster membership. Hence, SE 70 is very probably a sigma Orionis cluster member. The projected physical separation between SE 70 and S Ori 68 is 1700+/-300 AU at the distance of the cluster. If the common proper motion is confirmed in the near future, the system would be composed of an M5-6 brown dwarf with an estimated mass of ~45 M_Jup and an L5+/-2 giant planet with an estimated mass of ~5 M_Jup. It would be the widest and one of the lowest-mass planetary systems known so far.

研究の動機と目的

• 若い星団内の自由浮遊惑星質量物体（PMO）が真に孤立しているのか、あるいは広がった惑星系の一部であるのかを調査すること。
• 一部のPMOが大きな距離で低質量の恒星または褐色矮星の伴星と結合しているという仮説を検証すること。
• スペクトロスコピックおよび画像的分析を用いて、候補惑星系SE 70–S Ori 68のクラスターメンバーシップを評価すること。
• この系が物理的に結合した広がった二重星系としての力学的および運動的整合性を評価すること。

提案手法

• σオリオン座星団内の既知のPMO候補から15角秒以内に位置する恒星および褐色矮星候補について、文献を調査した。
• ウィリアム・ヘーシュェル望遠鏡のISIS装置を用いて、X線源であるSE 70の中分解能光学スペクトルを取得した。
• X線、光学、近赤外の等級を含む、複数波長のデータを天体カタログから収集した。
• 若さとクラスターメンバーシップを推定するために、リチウム吸収およびHα発光といったスペクトル特徴を分析した。
• 星団距離（360 pc）を用いて、SE 70とS Ori 68の間の投影物理的距離を推定した。
• 径運動の整合性と空間的分布を用いて、共通の自己運動の可能性および力学的結合の可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 惑星質量物体S Ori 68は真に孤立しているのか、それとも同伴星と結合している可能性があるのか？
• RQ2 X線源SE 70は、若さおよびクラスターメンバーシップを示すスペクトロスコピック特徴を示しているか？
• RQ3 SE 70とS Ori 68の間の投影物理的距離は何か？また、これは広がった惑星系と整合的か？
• RQ4 空間的分布を考慮した場合、SE 70とS Ori 68が物理的に結合した系を形成する確率はどの程度か？
• RQ5 径速度および自己運動の測定が、この系の力学的結合を確認できるか？

主な発見

• SE 70はリチウムの吸収およびHα発光を示しており、若さおよびσオリオン座星団へのメンバーシップを強く支持する。
• SE 70の径速度は星団の平均径速度と整合的であり、メンバーシップをさらに支持する。
• SE 70とS Ori 68の投影物理的距離は、星団距離360 pcを用いて1,700 ± 300 AUである。
• 空間的分布を考慮した場合、SE 70とS Ori 68が物理的に結合した実際の系を形成する確率は約99%である。
• 確認された場合、この系はM5–6型の褐色矮星（約45 M_Jup）とL5 ± 2型の惑星質量物体（約5 M_Jup）から構成され、知られている中で最も広がりが大きく質量が小さい惑星系の一つとなる。
• 共通の自己運動および力学的結合を確認するには、1 km s⁻¹未満の高精度径速度測定と、今後の自己運動研究が必要である。