[論文レビュー] The Initial Mass Function of Low-Mass Stars and Brown Dwarfs in Taurus

K. L. Luhman|CERN Bulletin|Jul 5, 2000

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 47

ひとこと要約

本研究は、Taurus星形成領域における低質量星および褐色矮星の初期質量関数（IMF）を、深紫外・赤外画像と分光測定を組み合わせて測定し、1 M☉以上でより急なIMFを示し、Trapezium星団と比較して褐色矮星が著しく不足している（予想12.8 ± 1.8体、観測1体）ことが判明した。これはIMFの環境依存性を示唆している。

ABSTRACT

By combining deep optical imaging and infrared spectroscopy with data from the Two-Micron All-Sky Survey (2MASS) and from previous studies (e.g., Briceno et al.), I have measured the Initial Mass Function (IMF) for a reddening-limited sample in four fields in the Taurus star forming region. This IMF is representative of the young populations within these fields for masses above 0.02 Msun. Relative to the similarly derived IMF for the Trapezium Cluster (Luhman et al.), the IMF for Taurus exhibits a modest deficit of stars above one solar mass (i.e., steeper slope), the same turnover mass (~0.8 Msun), and a significant deficit of brown dwarfs. If the IMF in Taurus were the same as that in the Trapezium, 12.8+/-1.8 brown dwarfs (>0.02 Msun) are expected in these Taurus fields where only one brown dwarf candidate is found. These results are used to test theories of the IMF.

研究の動機と目的

• 質量 ≥0.02 M☉ のTaurus星形成領域における低質量星および褐色矮星の初期質量関数（IMF）を特定すること。
• TaurusのIMFを、Trapeziumのような密度の高い星形成星団のIMFと比較し、IMFの環境依存性を検証すること。
• 多波長データを用いて、低密度・高赤化領域における褐色矮星検出の完全性と信頼性を定量化すること。
• TaurusのIMFが対数正規関数で記述可能かどうか、あるいは星団IMFと著しく異なるかどうかを評価すること。
• 異なる星の密度環境におけるIMFの変動を特定することで、星形成理論を制限すること。

提案手法

• 以前の調査（BHSM）の深紫外Iおよびz′バンド光学画像と2MASSの赤外光度を統合し、Taurusの4領域にわたる低質量候補を特定した。
• リチウム吸収、Hα発光、準主系列特徴などのシグナルを用いて、分光測定により候補のメンバー性と若さを確認した。
• 赤化制限付きサンプルを定義し、0.02 M☉まで質量完全性を確保することで、選択バイアスを最小限に抑えた。
• Luhmanら（2000）の統計的手法を用い、サンプルの完全性と汚染を考慮してIMFを計算した。
• TaurusのIMFをTrapezium星団のIMFに0.1–1 M☉質量範囲で正規化し、予想される褐色矮星数を推定した。
• TaurusとTrapeziumのIMF形状および褐色矮星頻度の差の有意性を評価するための統計的検定を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Taurusにおける低質量星および褐色矮星の初期質量関数（IMF）は、Trapeziumのような密度の高い星形成星団のIMFと異なるか？
• RQ2 TaurusのIMFにおける転送質量はTrapeziumと一致するか？ これはIMFの普遍性に何を示唆するか？
• RQ3 Taurusにおける褐色矮星はTrapeziumと比較して不足しており、その不足は統計的に有意か？
• RQ4 観測されたTaurusのIMFは対数正規関数で記述可能か？ それとも別の関数形を必要とするか？
• RQ5 乱流や星の密度といった環境要因が、孤立領域と密度の高いクラスター間でのIMFの差を説明できるか？

主な発見

• TaurusのIMFは1 M☉以上でTrapeziumよりも急な勾配を示し、高質量星の相対的不足を示している。
• TaurusのIMFにおける転送質量は約0.8 M☉であり、Trapeziumおよび他の若い星団と一致している。
• Taurusには顕著な褐色矮星の不足が認められる：TrapeziumのIMFに基づく予想では12.8 ± 1.8体（M > 0.02 M☉）が期待されるが、観測では1体にとどまっている。
• 観測されたTaurusのIMFは、球状星団のIMFとは異なり、対数正規関数では記述できない。
• TaurusのIMFは、TrapeziumのIMFを変形させたものとして最もよく記述され、0.1 M☉未満で抑制され、1 M☉以上で平坦化している。
• 結果から、乱流や星の密度といった環境条件がIMFの形状に影響を与える可能性があり、普遍的IMF仮説に挑戦するものである。