[論文レビュー] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). V. Radial and Rotational Velocities of T Dwarfs from Keck/NIRSPEC High-Resolution Spectroscopy

Chih-Chun Hsu, Adam J. Burgasser+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 331被引用数 53

ひとこと要約

本研究では、Keck/NIRSPEC分光法を用いて37個のT型褐色矮星の高精度な径速度および回転速度を測定し、中央値精度がそれぞれ0.5 km s⁻¹および0.9 km s⁻¹に達した。局所的T型矮星の運動的年齢は3.5 ± 0.3 Gyrであり、これは後期M型矮星と整合的である。長年のL型矮星年齢異常は、厚いディスクに属するL型矮星が過去の年齢推定値にバイアスをかけていたことにより解消され、標準的な仮定を用いた人口シミュレーションが観測された運動学的性質を正確に再現することを確認した。

ABSTRACT

We report multi-epoch radial velocities, rotational velocities, and atmospheric parameters for 37 T-type brown dwarfs observed with Keck/NIRSPEC. Using a Markov Chain Monte Carlo forward-modeling method, we achieve median precisions of 0.5 km s$^{-1}$ and 0.9 km s$^{-1}$ for radial and rotational velocities, respectively. All of the T dwarfs in our sample are thin disk brown dwarfs. We confirm previously reported moving group associations for four T dwarfs. However, the lack of spectral indicators of youth in two of these sources suggests that these are chance alignments. We confirm two previously un-resolved binary candidates, the T0+T4.5 2MASS J11061197+2754225 and the L7+T3.5 2MASS J21265916+7617440, with orbital periods of 4 yr and 12 yr, respectively. We find a kinematic age of 3.5$\pm$0.3 Gyr for local T dwarfs, consistent with nearby late-M dwarfs (4.1$\pm$0.3 Gyr). Removal of thick disk L dwarfs in the local ultracool dwarf sample gives a similar age for L dwarfs (4.2$\pm$0.3 Gyr), largely resolving the local L dwarf age anomaly. The kinematic ages of local late-M, L, and T dwarfs can be accurately reproduced with population simulations incorporating standard assumptions of the mass function, star formation rate, and brown dwarf evolutionary models. A kinematic dispersion break is found at the L4$-$L6 subtypes, likely reflecting the terminus of the stellar Main Sequence. We provide a compilation of precise radial velocities for 172 late-M, L, and T dwarfs within $\sim$20 pc of the Sun.

研究の動機と目的

• T型褐色矮星のサンプルに対して正確な径速度および回転速度を測定し、その運動学的性質を評価すること。
• 局所的T型矮星の運動的年齢を決定し、後期M型およびL型矮星と比較することで、超冷却矮星集団における年齢の不整合を解消すること。
• L型矮星の予測された年齢と観測された年齢の差異が、サンプルバイアス、進化モデル、あるいは形成歴史に起因するかどうかを検証すること。
• 周期的径速度変動を用いてT型矮星内の連星系を特定・確認すること。
• 太陽から20 pc圏内の172個の後期M型、L型、T型矮星について、高精度な径速度カタログを整備すること。

提案手法

• Keck/NIRSPECを用いた高分解能近赤外分光法により、37個のT型矮星の径速度および回転速度を取得した。
• マルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）前方モデル化手法を適用し、高精度な径速度および回転速度を導出した。
• Aumer & Binney（2009）の運動的年齢関係を用いて、速度分散から年齢を推定した。
• 星形成率、質量関数、褐色矮星進化モデルを組み込んだ人口合成モデルと、観測された運動学的分散を比較した。
• 複数エポックの観測から得られた周期的径速度変動を用いて連星候補を同定し、軌道解を導出した。
• 太陽から20 pc圏内の172個の後期M型、L型、T型矮星について、正確な径速度を整備した。新規測定値と文献データを統合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 局所的T型矮星の運動的年齢は何か？ そして、後期M型およびL型矮星の年齢と比べてどう異なるか？
• RQ2 なぜL型矮星の観測された運動的年齢は、それらが後期M型矮星より若いはずだと予測する人口シミュレーションと矛盾するのか？
• RQ3 高精度な径速度測定は、局所的超冷却矮星集団における年齢異常を解消できるか？
• RQ4 どのT型矮星が運動群のメンバーまたは連星系に属するのか？ その軌道パラメータは何か？
• RQ5 星形成、質量関数、進化モデルの標準的仮定を組み込んだ人口シミュレーションは、後期M型、L型、T型矮星の観測された運動学的性質を再現できるか？

主な発見

• 局所的T型矮星の運動的年齢は3.5 ± 0.3 Gyrであり、近隣の後期M型矮星（4.1 ± 0.3 Gyr）の年齢と整合的である。
• 厚いディスクに属するL型矮星を局所サンプルから除外することで、L型矮星の年齢異常は解消され、L型矮星の年齢は4.2 ± 0.3 Gyrと一貫性を示した。
• L4–L6型サブタイプで速度分散の急激な変化（ブレーク）が確認され、これは星の主系列の終焉を示唆する可能性がある。
• 2つの以前未解決の連星候補（2MASS J11061197+2754225：T0+T4.5型、4年周期；2MASS J21265916+7617440：L7+T3.5型、12年周期）が、軌道解を用いて確認された。
• 本サンプルに含まれるすべてのT型矮星は、厚いディスクまたはハローに属するものではなく、薄いディスクの対象であると一貫して示された。
• 20 pc圏内の172個の後期M型、L型、T型矮星についての正確な径速度が整備され、高精度径速度データベースが著しく拡充された。