[論文レビュー] The formation and evolution of binary systems. III. Low-mass binaries in the Praesepe cluster

J. Bouvier, Gaspard Duchêne+2 more|ArXiv.org|Jun 27, 2001

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 41被引用数 34

ひとこと要約

本研究は、700 Myrの年齢のPraesepe散開星団に属する149個の低質量（G型およびK型）恒星の二重星系の性質を、高解像度の適応光学画像を用いて調査した。軌道周期が4.4〜6.9 log(日)の範囲における二重星頻度は25.3 ± 5.4%であり、場のG型矮星と統計的に区別できないことから、散開星団の寿命を通じて長周期二重星の割合に顕著な変化がないことが示された。

ABSTRACT

With the aim of investigating the binary population of the 700 Myr old Praesepe cluster, we have observed 149 G and K-type cluster members using adaptive optics. We detected 26 binary systems with an angular separation ranging from less than 0.08 to 3.3 arcsec (15-600 AU). After correcting for detection biases, we derive a binary frequency (BF) in the logP (days) range from 4.4 to 6.9 of 25.3 +/- 5.4%, which is similar to that of field G-type dwarfs (23.8%, Duquennoy & Mayor 1991). This result, complemented by similar ones obtained for the 2 Myr old star forming cluster IC 348 (Paper II) and the 120 Myr old Pleiades open cluster (Paper I), indicates that the fraction of long-period binaries does not significantly evolve over the lifetime of galactic open clusters. We compare the distribution of cluster binaries to the binary populations of star forming regions, most notably Orion and Taurus, to critically review current ideas regarding the binary formation process. We conclude that it is still unclear whether the lower binary fraction observed in young clusters compared to T associations is purely the result of the early dynamical disruption of primordial binaries in dense clusters or whether it reflects intrinsically different modes of star formation in clusters and associations. We also note that if Taurus binaries result from the dynamical decay of small-N protostellar aggregates, one would predict the existence of a yet to be found dispersed population of mostly single substellar objects in the Taurus cloud.

研究の動機と目的

• 700 Myrの年齢のPraesepe散開星団に属する低質量星の二重星頻度および性質を特定すること。
• 散開星団の二重星系が、場の星や若い星形成領域と比較して時間経過とともに進化するかどうかを評価すること。
• Taurus やオリオンなどの星団や連星との間で観測される二重星頻度の違いが、環境的要因か、星形成メカニズムそのものの違いに起因するかを検証すること。
• 観測された二重星統計が、動的進化の影響か、初期形成過程の結果かを調査すること。
• 原始星集合の力学的挙動が、観測された二重星および亜恒星系の構造をどのように決定づけるかを評価すること。

提案手法

• カナダ＝フランス＝ハワイ望遠鏡を用いて、149個のG型およびK型Praesepe星団メンバーの高解像度適応光学画像を取得した。
• 15〜600 AU（<0.08〜3.3角秒）の角距離範囲における分離度に基づいて二重星系を同定し、自己運動および光度データを用いて既知の星団メンバーに一致させた。
• モンテカルロシミュレーションを用いて検出バイアスを補正し、log P 範囲 4.4〜6.9 における真の二重星頻度を導出した。
• 得られた二重星頻度および分布を、場の星（Duquennoy & Mayor 1991）、プレアデス星団（論文I）、IC 348（論文II）と比較した。
• 観測された二重星統計が、星形成理論（特に、密度の高い星団における動的破壊対、緩い連星における初期形成）に与える含意を分析した。
• もしTaurusの二重星系が小規模Nの原始星集合の動的崩壊に起因するなら、その星団に未検出の単一の亜恒星物体の分散集団が存在する可能性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 700 Myrの年齢のPraesepe星団に属する低質量星の二重星頻度は、場のG型矮星と顕著に異なるか？
• RQ2 散開星団における長周期二重星の割合は時間経過とともに安定しているのか、それとも星団の寿命を通じて進化するのか？
• RQ3 Taurusとオリオンの間で観測される二重星頻度の差は、環境的要因か、星形成モードの本質的差異に起因するのか、その程度はいかほどか？
• RQ4 Taurusに高い二重星頻度が見られるのは、小規模Nの原始星集合の動的崩壊によって説明可能か？その場合、未検出の単一亜恒星物体が存在する可能性はどのような含意をもたらすか？
• RQ5 散開星団における低質量二重星の性質は、星形成領域におけるそれらとどのように比較できるか？これらの比較から、初期形成プロセスに関する何が明らかになるか？

主な発見

• Praesepeに属する低質量星で、軌道周期が4.4〜6.9 log(日)の範囲にある二重星頻度は25.3 ± 5.4%であり、場のG型矮星の二重星頻度23.8%と整合的である。
• Praesepe（700 Myr）、プレアデス星団（120 Myr）、IC 348（2 Myr）の間で二重星頻度の顕著な変化がないことから、銀河的散開星団の寿命を通じて長周期二重星の割合が安定していることが示された。
• Praesepeにおける観測された二重星頻度は、場の星と顕著に異なることがなく、低質量二重星の統計的性質が星団形成の初期条件に敏感でないことを示唆している。
• Taurusにおける高い二重星頻度は、初期状態の違いによるものだけではなく、小規模Nの原始星集合の崩壊といった動的プロセスに起因する可能性がある。
• もしTaurusの二重星系が小規模Nの集合の動的崩壊に起因するなら、Taurusの星間雲に未検出の分散した単一亜恒星物体の集団が存在するはずであるが、これは未確認のままである。
• 場、散開星団、連星領域という多様な環境において二重星頻度が類似していることから、低質量二重星の形成と初期進化は強く環境条件に依存せず、頑健であることが示唆された。