[論文レビュー] CARMENES input catalogue of M dwarfs II. High-resolution imaging with FastCam

M. Cortés‐Contreras, V. J. S. Béjar+13 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2016

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 45

ひとこと要約

本研究では、FastCamラッキー画像法を用いて490個の中〜後期M型矮星を高解像度で撮影し、低質量星の連星を検出するとともに、それらの多重性を測定した。1.4–65.6 auの投影距離において、バイアス補正済みの多重性率は19.5 ± 2.3%であり、ピークは2.5–7.5 auに位置し、新たに30個の連星を同定した。これはCARMENES系外惑星探査のターゲット選定に顕著な貢献をもたらした。

ABSTRACT

Aims: We search for low-mass companions of M dwarfs and characterize their multiplicity fraction with the purpose of helping in the selection of the most appropriate targets for the CARMENES exoplanet survey. Methods: We obtained high-resolution images in the I band with the lucky imaging instrument FastCam at the 1.5 m Telescopio Carlos Sanchez for 490 mid- to late-M dwarfs. For all the detected binaries, we measured angular separations, position angles, and magnitude differences in the I band. We also calculated the masses of each individual component and estimated orbital periods, using the available magnitude and colour relations for M dwarfs and our own MJ-spectral type and mass-MI relations. To avoid biases in our sample selection, we built a volume-limited sample of M0.0-M5.0 dwarfs that is complete up to 86% within 14 pc. Results: From the 490 observed stars, we detected 80 companions in 76 systems, of which 30 are new discoveries. The multiplicity fraction in our observed sample is 16.7+-2.0% . In our volume-limited sample it is 19.5+-2.3% for angular separations of 0.2 to 5.0 arcsec (1.4-65.6 au), The distribution of the projected physical separations peaks at 2.5-7.5 au. For M0.0-M3.5 V primaries, our search is sensitive to mass ratios higher than 0.3. Binaries with projected physical separations shorter than 50 au tend to be of equal mass. For 26 of our systems, we estimated orbital periods shorter than 50 a, 10 of which are presented here for the first time. We measured variations in angular separation and position angle that are due to orbital motions in 17 of these systems. The contribution of binaries and multiples with angular separations shorter than 0.2 arcsec, longer than 5.0 arcsec, and of spectroscopic binaries identified from previous searches, although not complete, may increase the multiplicity fraction of M dwarfs in our volume-limited sample to at least 36%.

研究の動機と目的

• CARMENES系外惑星探査のターゲット選定を支援するため、1.4–65.6 auの範囲におけるM型矮星の多重性率を測定すること。
• 高解像度画像法を用いて、M型矮星の周囲に存在する低質量星連星を検出し、特徴づけること。
• 14 pc以内の体積限定で完全なサンプルを構築することで、多重性測定における観測バイアスを補正すること。
• 特に投影距離が50 au未満のシステムに注目し、検出された連星の軌道パラメータと質量比を推定すること。
• 未解像連星（画像法、分光法、広がった連星）がM型矮星の総多重性率に果たす寄与を評価すること。

提案手法

• 490個の中〜後期M型矮星を、1.5 m Telescopio Carlos SánchezでFastCamラッキー画像法を用いて$I$バンドで高解像度撮影した。
• 検出された連星のすべてについて、角度距離、位置角、$I$バンドの明るさ差を測定した。
• データから得られたM J-スペクトル型および$M_I$-質量関係を用いて、成分の質量を計算し、軌道周期を推定した。
• 14 pc以内に存在するM0.0–M5.0型矮星の体積限定サンプルを構築し、14 pc以内で86%の完全性を達成することで、選択バイアスを補正した。
• 過去の調査で得られた分光的および広がった連星系の結果と組み合わせ、総多重性率を推定した。
• 径速度およびアストロメトリックモニタリングを用いて、距離および位置角の変化が観測された17のシステムで軌道運動を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測バイアスを補正した上で、1.4–65.6 auの投影距離範囲におけるM型矮星の真の多重性率は何か？
• RQ2 特に50 au未満の投影物理的距離において、M型矮星連星の質量比と軌道パラメータはどのように変化するか？
• RQ3 未解像連星（分光的および広がったシステム）がM型矮星の総多重性率に果たす寄与は何か？
• RQ4 特にM0.0–M3.5 V型主星において、スペクトル型に応じて多重性率はどのように変化するか？
• RQ5 検出されたシステムにおける軌道運動は、物理的結合性の確認と周期推定にどの程度寄与するか？

主な発見

• 体積限定サンプルにおいて、0.2–5.0角秒の角度距離範囲（1.4–65.6 au）におけるバイアス補正済みの多重性率は19.5 ± 2.3%であった。
• 投影物理的距離の分布は2.5–7.5 auにピークを示し、この距離範囲に連星が集中していることを示している。
• M0.0–M3.5 V型主星では、質量比>0.3のシステムに感度があり、質量比>0.8のシステムの密度が高かった。
• 投影距離が50 au未満の連星は、等質量成分を好む傾向を示しており、形成メカニズムまたは動力学的制約の可能性を示唆している。
• 17のシステムで軌道運動が検出され、そのうち10のシステムで初めて軌道周期が特定され、26のシステムで推定周期が50年未満であった。
• 過去の調査で得られた未解像連星を含めると、体積限定サンプルにおけるM型矮星の総多重性率は少なくとも36%に達する可能性がある。