[論文レビュー] Kelu-1 AB - A possible brown dwarf triple system

M. B. Stumpf, W. Brandner+6 more|ArXiv.org|Nov 4, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ハッブル宇宙望遠鏡（HST）およびVLT/NACOの高分解能画像およびアストロメトリーを用いて、ケルク-1 ABの褐色矮星連星系の初の動的質量測定を実施し、合計質量が177$^{+113}_{-55}$ M$_{\rm Jup}$であることを明らかにした。さらに、第三の成分が存在する可能性を強く示唆しており、ケルク-1 ABが確認された最初の褐色矮星三重連星である可能性を示している。

ABSTRACT

We have monitored the benchmark L dwarf binary Kelu-1AB over the past 3 years to derive improved spectral types and luminosities for the individual components. The astrometric measurements enable us to compute the orbital parameters and result in the first dynamical mass estimate for the system. We obtained resolved high angular resolution, near-IR images with HST and the VLT/NACO adaptive optics instrument in the J, H and Ks bands. In addition we used NACO to achieve the first spatially resolved mid-resolution spectra in the H- and K-band for a precise spectral type determination. The near-IR spectrum of Kelu-1A reveals a distinct dip in the H-band providing evidence that Kelu-1 A itself is a spectroscopic binary. We derive spectral types of L0.5+- 0.5 for Kelu- 1 Aa and T7.5+-1 for Kelu-1 Ab. Kelu-1B is classified as spectral type L3pec +-1.5. From the relative orbit, we derive an orbital period of 38 +8 -6 years and a semi-major axis of 6.4+2.4 -1.3 AU. This yields the first dynamically determined total system mass of 177 +113 -55 Mjup for the Kelu-1AB system, with the uncertainties mainly attributed to the error of the system distance measurement and the yet missing apastron passage. The derived properties of Kelu-1AB allow us to test common theoretical models. The comparison of our results with color-magnitude diagrams based on evolutionary models yields a slightly revised age estimate (0.3 - 0.5 Gyr) and a discrepancy between dynamically and theoretically derived masses, stressing the importance for further dynamical mass determinations of brown dwarf binaries.

研究の動機と目的

• 理論的モデルに依存せずに、ケルク-1 AB褐色矮星連星系の軌道パラメータおよび動的質量を特定すること。
• 高角分解能近赤外画像および分光法を用いて、ケルク-1 ABの個々の成分を解像・特徴づけること。
• 観測された性質が理論的進化モデルおよび質量-光度関係と整合するかを検証すること。
• 動的質量と理論的質量の不一致を説明するため、系内に未解像の第三の成分が存在する可能性を調査すること。
• 空間分解データを用いて、各成分のスペクトル型および光度測定値を改善すること。

提案手法

• ハッブル宇宙望遠鏡（HST）/NICMOSおよびVLT/NACOの適応光学を用いて、J、H、およびK$_{\rm s}$バンドの高角分解能近赤外画像を取得した。
• NACOを用いて空間分解された中分解能HバンドおよびKバンド分光法を取得し、各成分の正確なスペクトル型の決定を可能にした。
• 2005年から2008年までの8回のエポックにわたるアストロメトリック測定を実施し、軌道運動を追跡し、軌道要素を導出した。
• 観測されたアストロメトリックデータをケプラー軌道要素にフィットさせ、公軌道周期、長半径、離心率、傾きを計算した。
• 軌道解と距離測定値を用いて、ニュートン力学を適用し、$ M = \frac{a^3}{P^2} \cdot \frac{4\pi^2}{G} $ の式を用いて合計系質量を計算した。
• 観測された光度およびスペクトル型を理論的DUSTY進化モデルと比較し、年齢推定および質量-光度関係の検証を行った。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケルク-1 AB褐色矮星連星系の動的質量は何か？ また、理論的予測と比較するとどうなるか？
• RQ2 ケルク-1 ABの個々の成分は近赤外画像および分光法で解像可能か？ それぞれの正確なスペクトル型は何か？
• RQ3 動的質量と理論的質量の不一致を説明するため、未解像の第三の成分が存在する証拠はあるか？
• RQ4 ケルク-1 ABの観測された光度および分光的性質は、進化モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ5 この系の軌道解は何か？ そして、系の年齢と質量分布をどのように制約するか？

主な発見

• ケルク-1 AおよびBの初の空間分解近赤外スペクトルが得られ、ケルク-1 Aに明確なHバンドの深さが確認され、分光的連星である可能性が示された。
• スペクトル型はケルク-1 AaがL0.5$\pm$0.5、ケルク-1 AbがT7.5$\pm$1、ケルク-1 BがL3 pec$\pm$1.5に精錬された。
• 軌道解により、周期が$38^{+8}_{-6}$年、長半径が$6.4^{+2.4}_{-1.3}$ AU、離心率が$e = 0.82 \pm 0.10$となった。
• 合計動的質量は$177^{+113}_{-55}$ M$_{\rm Jup}$であり、褐色矮星連星系の理論的予測を大幅に上回っている。
• 高い質量は、もし二つの成分しか存在しない場合、主星が非常に低質量の星である可能性を示唆しており、初期のL型分類と矛盾する。
• 質量の不一致から第三の未解像成分が存在すると仮定すると、ケルク-1 ABはすべての成分が75 M$_{\rm Jup}$未満の、確認された最初の褐色矮星三重連星となる。