[論文レビュー] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). II. Details on Nine Wide Common Proper Motion Very Low-Mass Companions to Nearby Stars

Jacqueline K. Faherty, Adam J. Burgasser+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 205被引用数 118

ひとこと要約

本論文は、近くの星の周りに非常に低質量の同伴（M、L、またはT型矮星）を有する9つの広がりのある共通運動系を提示し、そのうち3つが新たに同定された。主星および副星の年齢診断を用いて、年齢が制約されたベンチマーク系を確認した—特に0.5–1.5 GyrのM3+T6.5対と、より古いM4+L0対（Hα活性を示す副星を有する）—一方で、現在の低質量星および褐色矮星の進化モデルに挑戦する年齢推定の不一致を明らかにした。

ABSTRACT

We report on nine wide common proper motion systems containing late-type M, L, or T companions. We confirm six previously reported companions, and identify three new systems. The ages of these systems are determined using diagnostics for both stellar primaries and low--mass secondaries and masses for the secondaries are inferred using evolutionary models. Of our three new discoveries, the M3+T6.5 pair G 204-39 and SDSS J1758+4633 has an age constrained to 0.5-1.5 Gyr making the secondary a potentially useful brown dwarf benchmark. The G5+L4 pair G 200-28 and SDSS J1416+5006 has a projected separation of ~25,000 AU making it one of the widest and lowest binding energy systems known to date. The system containing NLTT 2274 and SDSS J0041+1341 is an older M4+L0 (>4.5 Gyr) pair which shows Halpha activity in the secondary but not the primary making it a useful tracer of age/mass/activity trends. We find a resolved binary frequency for widely-separated (> 100 AU) low--mass companions (i.e. at least a triple system) which is at least twice the frequency found for the field ultracool dwarf population. The ratio of triples to binaries and quadruples to binaries is also high for this sample: 3:5 and 1:4, respectively, compared to 8-parsec sample values of 1:4 and 1:26. The additional components in these wide companion systems indicates a formation mechanism that requires a third or fourth component to maintain gravitational stability or facilitate the exchange of angular momentum. The binding energies for the nine multiples discussed in this text are among the lowest known for wide low-mass systems, suggesting that weakly bound, low--to--intermediate mass (0.2M_sun < M_tot <1.0M_sun) multiples can form and survive to exist in the field (1-8 Gyr).

研究の動機と目的

• 近くの星に非常に低質量の同伴を有する広がりのある共通運動系を同定・特徴付けること。
• 星の主星および超冷却矮星の両方の診断を用いて、これらの系の年齢を特定すること。
• 異なる手法からの結果を比較することで、低質量星および褐色矮星の年齢指標の信頼性を評価すること。
• 形成メカニズムを制約するため、広がりのある低質量系の多重性頻度および結合エネルギー分布を調査すること。

提案手法

• 広い天の川領域にわたり、共通運動を主な基準として、共動系を同定した。
• 複数の調査（Hipparcos、LSPM-N、2MASS、SDSS）からのアストロメトリックおよび光度的データを統合し、候補同伴を同定した。
• SMARTS、KPNO、MagE、SpeX望遠鏡を用いた分光的追跡観測により、スペクトル型、径速度、活性指標（Hα、Li I）を決定した。
• 全波長放射輝度を測定し、近赤外光度からlog(Lbol)を導出した。
• R′HK、Hαの等価幅、Li I吸収を用いた年齢診断を適用し、両成分の年齢を推定した。
• 進化モデルを用いて、年齢と輝度に基づき、副星の質量を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非常に低質量の同伴を有する広がりのある共通運動系の年齢は何か？ そして、主星と褐色矮星副星の間でどのように比較されるか？
• RQ2 これらの系は、超冷却矮星の年齢、質量、大気モデルを補正するベンチマークとして機能できるか？
• RQ3 一部の系で主星と副星の年齢推定に顕著な不一致が見られるのはなぜか？ これは現在の年齢診断法に何を示唆するか？
• RQ4 低質量同伴に含まれる広がりのある多重系（3重、4重）の頻度は何か？ また、場の人口と比べてどうか？
• RQ5 これらの広がりのある系の結合エネルギーは何か？ これにより、形成および動的安定性について何が示唆されるか？

主な発見

• M3+T6.5対G 204-39およびSDSS J1758+4633は、0.5–1.5 Gyrという制約された年齢を有し、T型褐色矮星のベンチマークとして非常に価値がある。
• G5+L4対G 200-28およびSDSS J1416+5006は、約25,000 AUの投影距離を有し、既知のうち最も低い結合エネルギーを示しており、弱い結合系であることを示している。
• M4+L0対NLTT 2274およびSDSS J0041+1341は4.5 Gyrより古く、副星にHα放射を示すが主星には示さない。これは、年齢–質量–活性関係の有用なトレーサーであることを示している。
• 3つの系で主星と副星の間で顕著な年齢の不一致が観測され、現在の低質量星および褐色矮星の年齢診断法に潜在的な欠陥がある可能性を示唆している。
• 100 AUを超える距離に位置する同伴の分解二重星頻度は、場の超冷却矮星人口の2倍以上であり、3重対2重および4重対2重の比はそれぞれ3:5および1:4であり、8 pcサンプル（1:4および1:26）と比べてはるかに高い。
• 9つの系の合計質量は0.2から1.0 M⊙の間であり、結合エネルギーは広がりのある低質量系の中で既知の最も低いものであり、このような弱い結合系が1–8 Gyrにわたり場で形成され、生存可能であることを示している。