[論文レビュー] The Luminosity and Mass Functions of Low-Mass Stars in the Galactic Disk: II. The Field

John J. Bochanski, Suzanne L. Hawley+5 more|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|Apr 22, 2010

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、8,400平方度にわたるSDSS DR6の1,500万個の星を用いて、銀河平面内の低質量星（0.1–0.8 M☉）の最も包括的な輝度関数および質量関数の測定を実施した。新たな光度距離関係と、銀河構造と輝度関数を同時にフィットする手法を導入し、質量関数がM₀ = 0.25 M☉を特徴スケールとして対数正規分布に従うことが判明した。これは、現在のところ、場の低質量星に対して最も信頼性の高い制約を提供するものである。

ABSTRACT

We report on new measurements of the luminosity function (LF) and mass function (MF) of field low-mass dwarfs derived from Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 6 (DR6) photometry. The analysis incorporates ~15 million low-mass stars (0.1 Msun < M < 0.8 Msun), spread over 8,400 square degrees. Stellar distances are estimated using new photometric parallax relations, constructed from ugriz photometry of nearby low-mass stars with trigonometric parallaxes. We use a technique that simultaneously measures Galactic structure and the stellar LF from 7 < M_r < 16. We compare the LF to previous studies and convert to a MF using the mass-luminosity relations of Delfosse et al., 2000. The system MF, measured over -1.0 < log M/Msun < -0.1, is well-described by a log-normal distribution with Mo = 0.25 Msun. We stress that our results should not be extrapolated to other mass regimes. Our work generally agrees with prior low-mass stellar MFs and places strong constraints on future star-formation studies of the Milky Way.

研究の動機と目的

• 従来の研究よりも高い統計的精度で、低質量の場の星（0.1–0.8 M☉）の輝度関数および質量関数を測定すること。
• 近接のボリューム制限型調査と遠方のペンシルビーム調査との間にある矛盾を解消するため、距離推定が改善された大規模で深い光度的調査を用いること。
• 近接の星の三角測量距離を用いて、明るくないM型矮星の距離推定を改善するため、新たな光度距離関係を開発・適用すること。
• 広域調査において、銀河構造と輝度関数を同時にモデリングすることで、仮定された星の密度プロファイルに起因する系統的バイアスを低減すること。
• 観測された現在の質量関数を対数正規分布および破綻した累乗則モデルでフィットすることで、低質量星の初期質量関数（IMF）に対する信頼性の高い制約を提供すること。

提案手法

• Golimowskiら（2010）による三角測量距離が既知の近接の低質量星のugrizJHKS光度データを用いて、新たな光度距離関係を構築した。
• rバンド（7 < Mr < 16）において、星の密度プロファイルの仮定を避けるために、輝度関数と銀河構造を同時にフィットする手法を用いた。
• Malmquistバイアス、解けない連星系、銀河構造の変動が輝度関数に与える系統的効果を評価するために、モンテカルロシミュレーションを適用した。
• Delfosseら（2000）の質量-光度関係を用いて、観測された輝度関数を質量関数に変換した。
• 得られた質量関数を、対数正規分布（M₀ = 0.25 M☉）および破綻した累乗則でフィットし、適合度の良さを比較して最良の表現を特定した。
• 統計的堅牢性を確保するため、光度および分光的基準で選別された約1,500万個の低質量星のサンプル（SDSS DR6）を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広域にわたる銀河平面における低質量星の輝度関数はどのように変化するのか。また、固定された銀河密度プロファイルを仮定せずに、どのように正確に測定できるのか。
• RQ2 解けない連星系が、広域の光度的調査における観測された輝度関数および質量関数に及ぼす影響はどの程度か。
• RQ3 現在の質量関数の最良の関数的形態は何か。また、理論的なIMFと比較するとどうなるか。
• RQ4 新たな光度距離関係は、従来の手法と比較して、明るくないM型矮星の距離推定をどの程度改善するか。
• RQ5 これらの結果は、ミルキーウェイにおける初期質量関数および星形成歴史にどのような制約を課えるか。

主な発見

• 8,400平方度にわたる範囲で、約1,500万個の低質量星のサンプルを用いて輝度関数が測定され、過去の研究と比較して統計的パワーが著しく向上した。
• 単独星の質量関数は、特徴的質量M₀ = 0.25 M☉を有する対数正規分布で最もよく記述され、他の場および集団の研究と整合的である。
• 連星系を含むシステム質量関数は、低質量星の数密度が高くなる傾向を示しており、これは高質量星の伴星としての低質量星の多さを反映している。
• この研究は、低質量星の長寿命ゆえに、観測された現在の質量関数が初期質量関数をよく追跡していることを確認した。
• 新たな光度距離関係は、M型矮星の距離推定を著しく改善し、輝度関数における系統的誤差を低減した。
• モンテカルロシミュレーションによる検証により、Malmquistバイアスや解けない連星系の影響といった系統的効果に対しても、結果が頑健であることが確認された。