[論文レビュー] The binary fraction in the globular cluster NGC 6397

D. Saul Davis, Harvey B. Richer+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 37

ひとこと要約

Hubble Space TelescopeのACSおよびWFPC2観測を用いて、NGC 6397の2つの集団領域における二重星頻度を測定した。外側領域（1.3–2.8 R_hm）では0.012 ± 0.004、内側領域（＜1 R_hm）では0.051 ± 0.010であった。N-bodyシミュレーションが外側二重星頻度が原始的値に非常に近いと示唆するのを踏まえ、本研究ではNGC 6397の原始的二重星頻度が約1%であると推定した。

ABSTRACT

Using Hubble Space Telescope (HST) observations of the globular cluster NGC6397, we constrain the cluster's binary fraction. The observations consist of two fields: the primary science field, a single ACS pointing centered approximately 5' from the cluster center; and the parallel field, a single WFPC2 field centered on the cluster center. Using the exquisite photometric precision of these observations, we determine the binary fraction in these regions of the cluster by examining stars lying off the main sequence. The binary fraction is constrained to be 0.012 +/- 0.004 in the ACS field, and to be 0.051 +/- 0.010 in the WFPC field. N-body simulations by Hurley et al. (2007) suggest that the binary fraction remains nearly constant beyond the half-mass radius for the lifetime of the cluster. In the context of these simulations, our results suggest that NGC 6397 had a primordial binary fraction of only ~1%.

研究の動機と目的

• 高精度のHubble Space Telescope photometryを用いて、球状星団NGC 6397の現在の二重星頻度を制約すること。
• N-bodyシミュレーションが示唆するように、外側領域の二重星頻度が、クラスタの原始的二重星頻度を反映しているかどうかを特定すること。
• クラスタの動的進化をモデル化する上で極めて重要な、長年の未解決であったNGC 6397の原始的二重星頻度の不確実性を解消すること。
• 二重星系がブルー・ストラグルーラーやコメット的変星などの恒星の奇妙な天体の形成と進化に果たす役割を評価すること。

提案手法

• クラスタ中心から約5′ずらされたプライマリーサイエンス領域を対象に、Advanced Camera for Surveys (ACS) を用いて高精度のHubble Space Telescope観測を取得した。
• クラスターコアを中央に持つ並列領域を対象に、Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2) を用いて内側領域を調査した。
• 色mag図（CMD）における主系列からのずれを検出することで二重星を特定した。ここでは、同じ質量の単一星よりも明るく赤い二重星が観測された。
• 各領域における二重星頻度の関数としてCMD分布をモデル化し、統計的に二重星集団を制約した。
• Hurleyら（2007）のN-bodyシミュレーションを用いて観測された二重星頻度を解釈した。外側領域の二重星頻度が長期間にわたりほぼ一定であり、原始的値を代表していると仮定した。
• 外側領域の観測二重星頻度を用いて、半マス半径以降の動的進化が最小限であると仮定し、原始的二重星頻度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 6397の外側領域（半マス半径を越えて）における現在の二重星頻度は何か？
• RQ2 クラスタ中心領域の二重星頻度は、外側領域のそれと比べてどのように異なるか？
• RQ3 N-bodyシミュレーションに基づいて、観測された外側領域の二重星頻度が、クラスタの原始的二重星頻度の代理として使用可能か？
• RQ4 動的進化を考慮した場合、観測された二重星頻度がNGC 6397の初期二重星頻度に与える制約は何か？

主な発見

• NGC 6397の外側領域（1.3–2.8 R_hm）における二重星頻度は0.012 ± 0.004と測定され、クラスタ外縁部に二重星が極めて少ないことが示された。
• 内側領域（r < 1 R_hm）における二重星頻度は0.051 ± 0.010と顕著に高く、クラスターコアにおける動的強化が示唆された。
• Hurleyら（2007）のN-bodyシミュレーションによると、外側領域の二重星頻度はクラスタの生涯にわたりほぼ一定を保つと予想され、原始的二重星頻度をほぼ正確に反映していると考えられる。
• 本研究では、NGC 6397の原始的二重星頻度が約1%であると推定された。これは他の球状星団で観測された低値と整合的である。
• 結果は、銀河系球状星団において原始的二重星頻度が低めであることが一般的であるという仮説を支持しており、正確な動的モデル化にとって極めて重要である。
• これらの発見は、過去の推定値とは対照的であり、長年の原始的二重星頻度に関する不確実性を解消するための高精度photometryの重要性を強調している。