[論文レビュー] Spectroscopic confirmation of very-wide stellar binaries and large-separation comoving pairs from Gaia DR1

Adrian M. Price-Whelan, Semyeong Oh+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、Gaia DR1のアストロメトリーで特定された311個の候補者を対象とした低分解能スペクトロスコピック調査からの径速度測定を用いて、最大10 pcの距離までにのぼる127個の非常に広い二重星系および大分離距離のコンスタント運動星対を確認した。この結果、分離距離の二峰性分布が明らかになった：対数分離距離あたりの数は0.1 pcから0.5 pcの間で減少し、その後0.5 pcから10 pcの間でほぼ一定に保たれる。これは、破壊された広い二重星系や星団が長期間にわたり空間的整合性を保っていることを示している。

ABSTRACT

Members of widely-separated stellar binaries (> 0.1 pc) or loosely bound stellar associations and clusters are born with small spreads in kinematics and chemistry, but disrupt and dissociate on timescales comparable to their orbital time within the Milky Way. The kinematic properties of comoving star pairs---bound wide binaries or unbound but coeval stars---are therefore sensitive to both the smooth tidal field and gravitational perturbation spectrum of the Milky Way. In previous work, we identified >4,000 candidate comoving pairs using only astrometric data from the Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) catalog and find a large number of pairs with separations > 1 pc. Without radial velocity measurements for the vast majority of these pairs, the false-positive rate at these separations is significant (~50%). Here we present results from our own low-resolution radial-velocity survey of a random sample of the candidate pairs to identify and validate true comoving star pairs. Of the 311 observed comoving pairs, we confirm 127 comoving pairs with separations as large as ~10 pc, our original search limit. Between separations of 0.001 pc to ~0.5 pc, the number of confirmed pairs per separation decreases with increasing separation (number per log separation is uniform). From ~0.5 pc to 10 pc, the number per separation is approximately uniform (number per log separation increases). We confirm the discovery of a population of comoving star pairs at very large separations, suggesting that disrupted wide binaries and stellar associations remain approximately spatially coherent.

研究の動機と目的

• Gaia DR1のアストロメトリーから特定された候補の広い星対の間で高い誤検出率（約50％）を低減するため、径速度測定を実施すること。
• 動力学的に束縛されているかどうかが不明瞭な1 pcを超える分離距離にあるコンスタント運動星対の存在を検証すること。
• 銀河の動力学的歴史を調査するために、大分離距離にわたる確認済みのコンスタント運動星対の分布を測定すること。
• 破壊された広い二重星系や星団が、動力学的時標識にわたって空間的に整合性を保っているかどうかを検証すること。

提案手法

• TGASカタログに含まれる311個の候補コンスタント運動星対のランダムサンプルに対して、低分解能径速度調査を実施した。
• 星のスペクトルにおけるHα吸収ラインのフィッティングを用いて径速度を測定し、ライン中心位置の限界事後分布を用いて速度精度を推定した。
• スペクトル内の相関ノイズを補正するためにガウス過程モデリングを適用し、径速度不確実性の推定値を改善した。
• アストロメトリックおよび径速度データを用いて尤度比を計算し、コンスタント運動の確率を評価した。
• 中央値としての径速度精度は5–10 km s⁻¹であり、個々の源については通常2.5 km s⁻¹程度の不確実性が得られた。
• 径速度および分離距離を含むデータ製品を、完全なメタデータとともにまとめ、公開した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最大10 pcの分離距離を持つ非常に広い星対は、物理的に関連したシステムであるのか、それとも偶然の一致であるのか？
• RQ2 0.5 pcを超える領域におけるコンスタント運動星対の真の分離距離分布は何か？ そして、その分布に断絶や逆転の兆候が見られるか？
• RQ3 破壊された広い二重星系や星団は、動力学的時標識にわたってどの程度空間的に整合性を保っているのか？
• RQ4 径速度データの組み込みが、大分離距離のコンスタント運動星対候補における誤検出率をどの程度低減するのか？

主な発見

• 最大約10 pcの距離までに、127組のコンスタント運動星対がスペクトロスコピックに確認され、非常に広い星系の存在が裏付けられた。
• 対数分離距離あたりの確認済み星対の数は、0.1 pcから0.5 pcの間で減少しており、これはべき乗則分布と整合的である。
• 0.5 pcから10 pcの間では、対数分離距離あたりの星対の数がほぼ一定に保たれ、長期間にわたる空間的整合性を示唆している。
• 径速度確認により、大分離距離の候補者における誤検出率が顕著に低下し、この手法の信頼性が確認された。
• 達成された中央値の径速度精度は5–10 km s⁻¹であり、コンスタント運動星系の明確な同定が可能になった。
• データおよび分析パイプラインはMITライセンスの下で公開されており、完全なドキュメンテーションおよびオープンソースのソフトウェア依存関係が整っている。