[論文レビュー] The Origin and Evolution of Multiple Star Systems

Stella S. R. Offner, Maxwell Moe+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2022

Astrophysics and Star Formation Studies被引用数 102

ひとこと要約

このレビューは 原始星から主系列星までの観測的および理論的研究を統合し、質量・環境・進化に伴う多重性の変化を詳述し、円盤と惑星形成への影響を論じる。

ABSTRACT

Observational advances over the last decade have enabled high-resolution, interferometric studies of forming multiple systems, statistical surveys of multiplicity in star-forming regions, and new insights into disk evolution and planetary architectures in these systems. In this review, we compile the results of observational and theoretical studies of stellar multiplicity. We summarize the population statistics spanning system evolution from the protostellar phase through the main-sequence phase and evaluate the influence of the local environment. In short, most stars are born in multiple stellar systems, most main sequence stars are members of multiple systems, but most star systems are single. We describe current models for the origin of stellar multiplicity and review the landscape of numerical simulations and assess their consistency with observations. We review the properties of disks and discuss the impact of multiplicity on planet formation and system architectures. Finally, we summarize open questions and discuss the technical requirements for future observational and theoretical progress.

研究の動機と目的

• 原始星から主系列星に至る進化段階にわたる恒星の多重性の集団統計を要約する。
• 恒星多重性の起源についての理論モデルをレビューし、それらが観測と整合するかを評価する。
• 多重性が円盤、惑星形成、および系の構成に与える影響を論じる。
• 未解決の問題を特定し、将来の観測・理論的進展の要件を概説する。

提案手法

• さまざまな質量と環境を対象とする一連の観測調査から多重性統計を収集・比較する。
• 分離（セパレーション）ごとに、多重分率（multiplicity fraction）、三重/高次分率、伴星頻度などの多重指標を定義・計算する。
• 体積・マグニチュード制限サンプルに対する観測統計のバイアス補正を行い、集団間比較を堅牢にする。
• 形成理論モデルと結果を統合し、観測された傾向と整合性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 原始質量がブラウンダウンからOB星までの間で、多重分率および高次多重性は質量にどう依存するか。
• RQ2 異なる質量領域における連星の特徴的な分離と質量比の分布はどういうもので、これらの分布は形成シナリオをどう示唆するか。
• RQ3 環境要因と進化段階は、多重系における多重性統計と円盤の進化にどのように影響するか。
• RQ4 現在の形成理論は、近接連星対と広い連星対、内部軌道と外部軌道の観測された傾向をどの程度再現しているか。
• RQ5 多重性が惑星形成と惑星系の構成に与える影響は何か。

主な発見

• 一次質量がブラウンダウンからOB星へと上がるにつれて、多重分率は増加する。
• 三重/高次分率は一次質量とともに著しく上昇し、後期M型矮星では数パーセント程度からO星では約70％に達する。
• 近接連星は質量比と分離分布で広い連星と異なる傾向を示し、複数の形成経路を示唆する。
• ブラウンダウンおよび late-M の連星は等質量を好む一方で、太陽型およびそれ以上の質量の連星はより多様な質量比分布を示す。
• O星のかなりの割合が三重または高次系にあり、特にクラスター内で顕著で、野外星団や逃走星集団と比較して顕著である。