[論文レビュー] The Formation of Brown Dwarfs: Observations

K. L. Luhman, V. Joergens+4 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2006

Astro and Planetary Science被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、褐色矮星の形成に関する観測的証拠をレビューし、褐色矮星と恒星が雲の破壊を通じて共通の形成メカニズムを持つと結論づけている。主な発見として、広く分離した二重褐色矮星および孤立した原始褐色矮星の検出が挙げられ、これは摂動のない雲の収縮が亜恒星天体を生成できることを示しており、追加のプロセス（例えば放出や光分解）がそれらの形成に不可欠であるとは限らないことを示している。

ABSTRACT

We review the current state of observational work on the formation of brown dwarfs, focusing on their initial mass function, velocity and spatial distributions at birth, multiplicity, accretion, and circumstellar disks. The available measurements of these various properties are consistent with a common formation mechanism for brown dwarfs and stars. In particular, the existence of widely separated binary brown dwarfs and a probable isolated proto-brown dwarf indicate that some substellar objects are able to form in the same manner as stars through unperturbed cloud fragmentation. Additional mechanisms such as ejection and photoevaporation may play a role in the birth of some brown dwarfs, but there is no observational evidence to date to suggest that they are the key elements that make it possible for substellar bodies to form.

研究の動機と目的

• 若年星形成環境の複数の領域において、褐色矮星の形成メカニズムに関する観測的制約を評価すること。
• 褐色矮星が恒星と同じプロセスで形成されるのか、あるいは動的放出や光分解といった別個のメカニズムを必要とするのかを特定すること。
• 周囲星間ディスク、降着、多重性が褐色矮星形成に果たす役割を評価すること。
• 褐色矮星と低質量星との間で初期質量関数、空間的分布、ディスク特性を比較すること。
• 褐色矮星の観測的性質が、標準的な星形成プロセスと整合的であるのか、あるいは代替の形成経路を要するのかを検証すること。

提案手法

• スペクトロスコピックおよび赤外の等価光度関数技術を用いて、Taurus, IC 348, Chamaeleon I, Trapezium などの若年星形成領域における初期質量関数（IMFs）の分析。
• 進化モデル（Baraffe et al. 1998; Chabrier et al. 2000）を用いて、スペクトル型と光度から質量を推定すること。
• Spitzerの光度測定を用いて、周囲星間ディスクのスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングを行い、内側の空洞や粒子成長を含むディスク構造を推定すること。
• Hαの等価幅および赤外余剰を用いた降着率の測定により、質量降着歴を評価すること。
• 深紫外画像および光度測定モニタリングを用いて、二重褐色矮星および孤立した原始褐色矮星の同定と特徴の特定。
• 複数の領域にわたる褐色矮星と低質量星との間で、ディスク率、多重性、速度分布を比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 褐色矮星は恒星と同じメカニズムで形成されるのか、それとも動的放出や光分解といった別個の形成経路を必要とするのか？
• RQ2 若年星形成領域における褐色矮星の初期質量関数は何か？また、恒星のそれと比べてどう異なるか？
• RQ3 低質量星のものと同様に、褐色矮星の周囲星間ディスクは構造的・進化的側面で類似しているか？
• RQ4 多重性および二重星の分離距離が、褐色矮星形成メカニズムを制約する上で果たす役割は何か？
• RQ5 褐色矮星は、恒星の原始星周囲ディスクで見られるような内側のディスク空洞を示すことで、惑星形成の兆候を示すのか？

主な発見

• 若年集団における褐色矮星の初期質量関数は、20–80 M_Jup の質量範囲で、恒星が褐色矮星を5–8倍多く含むことが示され、場の集団比と整合的である。
• 広く分離した二重褐色矮星およびおそらく孤立した原始褐色矮星が観測され、摂動のない雲の破壊が褐色矮星を生成できることを示している。
• 褐色矮星における降着率は質量とともに連続的に減少し、Ṁ ∝ M² のように変化しており、恒星から褐色矮星への滑らかな過渡的遷移が示されている。
• 質量が約10 M_Jup にまで及ぶ褐色矮星の周囲に周囲星間ディスクが検出され、ディスク率と寿命が低質量星と同等であることが分かっている。
• 一部の褐色矮星ディスクには内側空洞（0.5–1 AU）が存在し、粒子成長や惑星形成の兆候が示唆されており、より質量の大きなT Tauri星のディスクと類似している。
• 多重性、速度分布、ディスク構造、降着の観測的性質が、すべて恒星と同様の形成メカニズムを支持しており、放出や光分解を主な形成駆動要因として必要としない。