[論文レビュー] Evidence for Circumstellar Disks around Young Brown Dwarfs in the Trapezium Cluster

August Muench, Elizabeth A. Lada+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 11

ひとこと要約

本研究では、トラペジウム星団における褐色矮星候補の深さのあるJHK赤外画像を提示し、約65％が原始星周囲ディスクを示す赤外過剰を示していることを明らかにした。結果は、褐色矮星が個々の雲断片から星と同様のメカニズムで形成され、ディスクを伴うことを示唆しており、準星体の周囲に惑星系が形成可能である可能性を示している。

ABSTRACT

We report the results of deep infrared observations of brown dwarf candidates in the Trapezium cluster in Orion. Analysis of the JHK color-color diagram indicates that a large fraction (approx 65% +/- 15%) of the observed sources exhibit infrared excess emission. This suggests the extreme youth of these objects and in turn, provides strong independent confirmation of the existence of a large population of substellar objects in the cluster. Moreover, this suggests that the majority of these substellar objects are presently surrounded by circumstellar disks similar to the situation for the stellar population of the cluster. This evidence for a high initial disk frequency (> 50%) around cluster members of all masses combined with the smooth continuity of the cluster's initial mass function across the hydrogen burning limit suggests that a single physical mechanism is likely responsible for producing the entire cluster mass spectrum down to near the deuterium burning limit. The results may also indicate that even substellar objects are capable of forming with systems of planetary companions.

研究の動機と目的

• 深さのある赤外測光を用いて、トラペジウム星団の若い褐色矮星が原始星周囲ディスクと関連しているかどうかを特定すること。
• 特に水素核融合限界以下の質量領域におけるディスク頻度を評価すること。
• 褐色矮星が星と同様のメカニズム（個々の雲断片化）で形成されるか、それとも惑星と同様のメカニズム（星系からの放出）で形成されるかを検証すること。
• 赤外過剰放射を通じて、褐色矮星のメンバー資格と若さの独立的確認を提供すること。
• 準星体の周囲に惑星同伴が形成可能であるという意味を検討すること。

提案手法

• ESO 3.5 m ニュー・テクノロジー望遠鏡に搭載されたSOFI赤外カメラを用いて、トラペジウム星団中央5′×5′領域の深さのあるJHK画像を取得した。
• 原始星周囲ディスクを示す赤外過剰放射を特定するために、JHK色-色図を作成した。
• 赤外減光の範囲が広がるさまざまな赤外減光を持つ候補褐色矮星を選定し、特に赤外減光が小さい（A_V ≤ 5）源に注目して、場所星による汚染を最小限に抑えた。
• 観測された色-色分布を理論的モデルおよび等時曲線と比較し、若さおよびディスクの有無を評価した。
• L-band測光に関するLadaら（2000）の補足データを用いて、JHK図におけるディスク検出の完全性を評価した。
• 代表的な集団を保証するために、赤外減光制限および質量完全なサンプルを用いてディスク頻度を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トラペジウム星団の若い褐色矮星は、原始星周囲ディスクを示す赤外過剰を示すか？
• RQ2 同じ星団内における高質量星と比較して、褐色矮星における原始星周囲ディスクの頻度はどの程度か？
• RQ3 褐色矮星にディスクが存在することは、個々の雲断片化による星と同様の形成メカニズムを支持するか？
• RQ4 特に縁面または穴だらけのディスクでは、JHK測光の限界によりディスク頻度が低く見積もられている可能性はあるか？
• RQ5 ディスク環境がある以上、結果から準星体が惑星系を形成できる可能性があると示唆されるか？

主な発見

• トラペジウム星団の褐色矮星候補の約65％ ± 15％が、JHK色-色図において赤外過剰を示しており、原始星周囲ディスクの存在を示している。
• 赤外減光が小さい源（A_V ≤ 5）に限定すると、ディスク頻度は77％（74例中57例）に上昇し、場所星による汚染が低減される。
• 褐色矮星におけるディスク頻度は、水素核融合限界を超える原始星系列星で観測された頻度と同等であり、質量関数全体にわたるディスク出現の継続性を示唆している。
• 特に赤外減光が小さいサンプルにおける高いディスク頻度は、褐色矮星が個々の雲断片化により形成され、星系からの放出によるものではないという仮説を支持している。
• 結果から、準星体ですら、原始星周囲ディスクが存在する以上、惑星同伴を形成できる可能性があると示唆される。
• 本研究は、JHK測光がディスクを完全に検出できないという限界を浮き彫りにした。長波長（例：Lバンド）の観測では、より高いディスク頻度が得られるため、現在のサンプルにおけるディスク頻度が低く見積もられている可能性がある。