[論文レビュー] Southern Infrared Proper Motion Survey III: Constraining the mass function of low mass stars

N. R. Deacon, G. Nelemans+1 more|ArXiv.org|Apr 15, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用数 8

ひとこと要約

本研究では、南天赤経赤緯運動測光調査II（SIPS-II）のシミュレーションを用いて、低質量星（0.075–0.2 M☉）の質量関数を、二重星の影響と観測の不完全性を補正することで制約した。得られたべき乗則質量関数の指数は α = −0.62 ± 0.26 であり、近年の多数の研究と整合的であり、低質量領域におけるサルペターの初期値1.35よりも勾配が緩やかであることを示している。

ABSTRACT

The stellar mass function is one of the fundamental distributions of stellar astrophysics. Its form at masses similar to the Sun was found by Salpeter (1955) to be a power-law $m^{-α}$ with a slope of $α=1.35$. Since then the mass function in the field, in stellar clusters and in other galaxies has been studied to identify variation due to environment and mass range. Here we use results from previous papers in the SIPS series to constrain the mass function of low mass stars (0.075M$_\odot$$

研究の動機と目的

• SIPS-II調査の観測データを用いて、低質量範囲（0.075–0.2 M☉）における星の質量関数を制約すること。
• デアコン＆ハムブリー（2006）のモデルに基づくシミュレーテッド調査を用いて、局所的な低質量星の集団をモデル化し、変動する質量関数指数と誕生率パラメータを組み込むこと。
• 解明不能な二重星系の影響を補正し、調査における明るさと色の測定に偏りを生じさせることを防ぐこと。
• 観測の不完全性と光度測定誤差を考慮した上で、シミュレートされた調査結果と実際のSIPS-IIデータを比較することにより、導出された質量関数の信頼性を評価すること。
• 検出限界とシミュレーションの完全性に基づいて、導出された質量関数が適用可能な質量範囲を特定すること。

提案手法

• 質量 0.03～0.5 M☉、年齢 10 Gyr までの範囲で、モンテカルロ法を用いて局所的な低質量星集団をシミュレートする。
• 入力パラメータ（質量関数指数 α と誕生率パラメータ β）を変化させ、合成調査出力を作成する。
• 質量-光度関係（デルフォス＝エー他、2000年）を用いて、質量をKバンドの等級とI−J色に変換する。
• SIPS-IIの検出基準（0.1～0.5 arcsec/yr の固有運動、UKSTと2MASSからのIバンドおよびKバンド光度測定）を適用し、検出可能性をシミュレートする。
• 実際のSIPS-IIデータと比較して、色-等級分布および固有運動分布の最良適合パラメータを特定する。
• 文献（例：マクステッド＆ジーフィーズ、2005年）から得た二重星割合モデルを用いて、未解明な二重星系の影響を補正し、光度の希釈と色のずれを調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SIPS-II調査によって制約された低質量範囲（0.075–0.2 M☉）における星の質量関数の勾配は何か？
• RQ2 赤外線固有運動調査を用いた場合、未解明な二重星系が推定される質量関数にどのような影響を与えるか？
• RQ3 観測の不完全性と光度測定誤差が、導出された質量関数パラメータに及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 異なる手法や質量範囲を用いた他の研究と比較して、導出された質量関数指数はどのように異なるか？
• RQ5 0.09–0.1 M☉範囲における星の数密度は何か？ 他の独立した推定値と比較するとどうか？

主な発見

• 二重星系の補正とモデルの不確実性を考慮した後、0.075–0.2 M☉範囲における星の質量関数の最良適合べき乗則指数は α = −0.62 ± 0.26 であった。
• 導出された質量関数は、アレンら（2005年）および Zheng ら（2001年）の結果と整合的であり、同じ質量範囲におけるチャブリエ（2005年）の対数正規質量関数とも1σ誤差範囲内で一致している。
• 0.09–0.1 M☉範囲における星の数密度は、立方パーセクあたり 0.0038 ± 0.0013 と推定され、1σ誤差範囲内でバーガーサー（2004年）およびチャブリエ（2005年）の推定値と一致している。
• 星の誕生率パラメータ β については強く制約されておらず、局所領域における時間依存の星形成歴の特定のシナリオを支持するデータは得られなかった。
• 質量関数は約 0.1 M☉ でピークを示し、質量が大きくなるに従い低下しており、水素核融合の限界より下では急激に減少しており、理論的予測と整合的である。
• シミュレーションに基づくアプローチは、SIPS-IIサンプルの観測された色-等級分布および固有運動分布をうまく再現できており、将来的な調査における手法の妥当性を裏付けている。