[論文レビュー] Spectroscopy of Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs in the Lambda Orionis Star Forming Region. I. Enlarging the census down to the planetary mass domain in Collinder 69

A. Bayo, D. Barrado+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 71被引用数 52

ひとこと要約

本研究では、ラムダ・オリオンス星形成領域に属するコリンダー69星団における、若い非常に低質量星および褐色矮星の、最も包括的でスペクトロスコピックに確認された集計を、可視光および近赤外線スペクトルを用いて実施した。質量は0.016 M⊙（約16.5 MJup）まで同定可能である。0.016から20 M⊙の範囲で信頼性の高い初期質量関数（IMF）を確立し、この環境における褐色矮星の打上げ形成シナリオに疑問を呈する空間的分布パターンを同定した。

ABSTRACT

Whilst there is a generally accepted evolutionary scheme for the formation of low-mass stars, the analogous processes when moving down in mass to the brown dwarfs regime are not yet well understood. In this first paper we try to build the most complete and unbiased spectroscopically confirmed census of the population of Collinder 69, the central cluster of the Lambda Orionis star forming region, as a first step in addressing the question of how brown dwarfs and planetary mass objects form. We have studied age dependent features in optical and near-infrared spectra of candidate members to the cluster (such as alkali lines and accretion associated indicators). In addition, we have complemented that study with the analysis of other youth indicators like X-ray emission or mid-infrared excess. We have confirmed the membership to Collinder 69 of \sim90 photometric candidate members. As a byproduct we have determined a temperature scale for young M, very low-mass stars and brown dwarfs. We have assembled one of the most complete Initial Mass Functions from 0.016 to 20 M\odot. And, finally, we have studied the implications of the spatial distribution of the confirmed members on the proposed mechanisms of brown dwarfs formation.

研究の動機と目的

• コリンダー69星団における非常に低質量星および褐色矮星の、最も包括的かつバイアスのないスペクトロスコピックに確認された集計を構築すること。
• スペクトロスコピックに確認されたメンバーを用いて、0.016 M⊙から20 M⊙の範囲における初期質量関数（IMF）を決定すること。
• 確認されたメンバーの空間的分布を分析することで、褐色矮星の形成メカニズムを評価すること。
• 分光的特徴を用いて、若いM型矮星、非常に低質量星、および褐色矮星の温度スケールを確立すること。
• 星団の空間的構造を踏まえて、褐色矮星の打上げ形成シナリオの妥当性を評価すること。

提案手法

• ケック、VLT、マグダレーヌ、スバリーなどの複数の望遠鏡を用いて、約170例の候補メンバーの可視光および近赤外線スペクトルを取得した。
• 若さの診断としてアルカリ線および降着指標（例：Hα線の発光）を用い、星団メンバーの確認を行った。
• CFHT、XMM-Newton、IRACからの光度データをスペクトロスコピック結果と統合し、メンバーの妥当性を相互に検証するとともに、物理的パラメータを導出した。
• バスリら（2000）の温度スケールに従い、分子吸収帯に基づくスペクトル型分類を実施した。
• 効用温度および全波長放射輝度に基づき、5 Myrの合成等時曲線（SIESS + COND）を用いて質量を計算した。
• 各天体について3つの独立した質量推定値を用い、XMM・CFHT・IRACの重複領域とCFHT全領域の2つの空間領域を対象に、IMFを構築した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コリンダー69星団における非常に低質量星および褐色矮星の、最も包括的かつバイアスのないスペクトロスコピックに確認された集計は何か？
• RQ2 スペクトロスコピックに確認されたメンバーから導かれた初期質量関数（IMF）は、同程度の年齢を有する若い協同事業における光度的IMFと比較してどのように異なるか？
• RQ3 確認されたメンバーの空間的分布は、褐色矮星の形成メカニズムについて何を示唆するか？
• RQ4 アルカリ線やHα発光といった若さの指標は、惑星質量天体における降着および活動の存在をどの程度支持するか？
• RQ5 空間的および質量分布データを踏まえると、コリンダー69環境における褐色矮星の打上げ形成シナリオは妥当性を有するか？

主な発見

• 本研究では、アルカリ線やHα発光といったスペクトロスコピックな若さ指標を用いて、コリンダー69の90例の光度的候補メンバーを確認した。さらに、9例の可能性のあるメンバーも同定された。
• 本研究では、若いM型矮星、非常に低質量星、および褐色矮星の温度スケールを確立した。スペクトル型L0～L2は、効用温度約2000 Kに対応する。
• 導出された初期質量関数（IMF）は、0.016 M⊙から20 M⊙の範囲をカバーしており、若い協同事業における、スペクトロスコピックに確認されたIMFの中で最も包括的であるものの一つである。
• スペクトロスコピックに確認されたメンバーから導かれたIMFは、NGC6611などの同程度の年齢を有する若い協同事業における光度的IMFと著しく差がないことが判明し、スペクトロスコピック集計の信頼性が裏付けられた。
• 確認されたメンバーの空間的分布は、褐色矮星の形成に純粋な打上げシナリオが関与しないことを示唆しており、この領域ではイン・スイット形成がより現実的である可能性がある。
• 本調査は、0.016 M⊙（約16.5 MJup）まで完全性に達しており、本研究で確認された星団メンバーの最低質量限界に対応する。