[論文レビュー] HD 77407 and GJ 577: two new young stellar binaries detected with the Calar Alto Adaptive Optics system ALFA

M. Mugrauer, R. Neuhäuser+10 more|ArXiv.org|Feb 4, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、カラホ3.5m望遠鏡のALFA補償光学システムを用いた高分解能赤外線画像法により、HD 77407 BおよびGJ 577 Bという2つの若い星系連星の発見を報告する。これらの同伴星は、共通運動および分光測定により確認され、それぞれ質量は約0.3–0.5 M☉および約0.16–0.2 M☉であり、進化モデルに基づく年齢推定は10–40 Myrおよび100 Myr以上である。

ABSTRACT

We present the first results from our search for close stellar and sub-stellar companions to young nearby stars on the northern sky. Our infrared imaging observations are obtained with the 3.5 m Calar Alto telescope and the AO system ALFA. With two epoch observations which were separated by about one year, we found two co-moving companion candidates, one close to HD 77407 and one close to GJ 577. For the companion candidate near GJ 577, we obtained an optical spectrum showing spectral type M4.5; this candidate is a bound low-mass stellar companion confirmed by both proper motion and spectroscopy. We estimate the masses for HD 77407 B and GJ 577 B to be ~0.3 to 0.5 Msun and ~0.16 to 0.2 Msun, respectively. Compared to Siess al.(2000) models, each of the two pairs appears co-eval with HD 77407 A,B being 10 to 40 Myrs old and GJ 577 A,B being older than 100 Myrs. We also took multi-epoch high-resolution spectra of HD 77407 to search for sub-stellar companions, but did not find any with 3 Mjup as upper mass (msin(i)) limit (for up to 4 year orbits); however, we detected a long-term radial velocity trend in HD 77407 A, consistent with a ~ 0.3 Msun companion at ~ 50 AU separation, i.e. the one detected by the imaging. Hence, HD 77407 B is confirmed to be a bound companion to HD 77407 A. We also present limits for undetected, but detectable companions using a deep image of HD 77407 A and B, also observed with the Keck NIRC2 AO system; any brown dwarfs were detectable outside of 0.5 arcsec (17 AU at HD 77407), giant planets with masses from ~ 6.5 to 12 Mjup were detectable at > 1.5 arcsec.

研究の動機と目的

• 北部の近くの若い星を中心に、高分解能赤外線画像法を用いて近接する星および亜星族の同伴星を検出すること。
• 共通運動および分光解析を通じて、束縛された同伴星を特定・確認すること。
• 進化モデルを用いて、新たに発見された連星系の年齢および質量を推定すること。
• ALFAおよびKeck NIRC2 AOデータを用いて、検出されなかった同伴星の動的範囲限界を確立すること。
• 画像感度に基づいて、若い星の周囲における褐色矮星および巨大惑星の検出可能性を評価すること。

提案手法

• 3.5mカイラホ望遠鏡に搭載されたALFA補償光学システムを用い、J、H、Kバンドで深さのある赤外線画像を取得した。
• 約1年間隔をあけて2回のエポック観測を実施し、共通運動を示す同伴候補を同定した。
• GJ 577の同伴星の光学分光測定を実施し、スペクトル型がM4.5であることを確認した。これにより、束縛された性質が裏付けられた。
• HD 77407の径速度モニタリングを実施し、遠方の同伴星を示す長期的傾向を検出した。
• 複数エポックの高分解能スペクトルを用いて、最小質量が3 M_Jupまでの亜星族の同伴星を探索した。
• ALFAおよびKeck NIRC2 AOの画像データを比較し、明るさ差ΔHと距離の関係における動的範囲限界を導出した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 補償光学画像法により検出可能な、若い近接星系連星に近接する同伴星が存在するか？
• RQ2 共通運動を示す同伴候補は、適切な運動および分光測定により束縛系として確認できるか？
• RQ3 進化モデルに基づく推定で、新たに発見された同伴星の質量および年齢は何か？
• RQ4 若い星の周囲における褐色矮星および巨大惑星の検出感度限界は何か？
• RQ5 ALFAおよびKeck NIRC2 AOシステムの、微弱な同伴星を検出する際の動的範囲はどのように比較できるか？

主な発見

• HD 77407 Bは、径速度傾向および共通運動による確認により、質量約0.3–0.5 M☉、推定年齢10–40 Myrの束縛同伴星である。
• GJ 577 Bは、質量約0.16–0.2 M☉、スペクトル型M4.5の低質量星系同伴星であり、分光測定および適切な運動により確認された。
• HD 77407 A/BはSiessら（2000）のモデルに基づき、年齢10–40 Myrで共に同世代と推定される。一方、GJ 577 A/Bは年齢が100 Myr以上と古く、より高齢である。
• ALFAを用いて、0.5角秒（17 AU）の距離でΔH = 9 magの動的範囲が達成され、0.5角秒より外側では褐色矮星が検出可能である。
• 1.5角秒（50 AU）以上の距離ではΔH = 12 magに達し、質量6.5～12 M_Jupの巨大惑星が検出可能であった。
• HD 77407 Aの公軌道上に4年以内の周期で、m sin i ≤ 3 M_Jupの亜星族の同伴星は検出されなかったが、これは約50 AUに0.3 M☉の同伴星が存在するのと整合的である。