[論文レビュー] The Primordial Binary Population - I: A near-infrared adaptive optics search for close visual companions to A star members of Scorpius OB2

M. B. N. Kouwenhoven, A. G. A. Brown+3 more|ArXiv.org|Oct 5, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 55被引用数 119

ひとこと要約

本研究では、スコルピウスOB2 association内のA型星に対して近赤外適応望遠鏡を用いて、近接視覚的連星を探索し、74個の候補物理的連星を特定した。また、12–14等のK_S範囲（M ≲ 0.1 M☉）において低質量連星の不足が明らかになった。結果は、ランダムなペアリングとは整合しない質量比分布を示す原始的連星集団を示唆し、白色矮星の欠如（brown dwarf desert）の可能性を示唆し、白色矮星のエムブリオ・エジェクション形成メカニズムを支持する。

ABSTRACT

We present the results of a near-infrared adaptive optics survey with the aim to detect close companions to Hipparcos members in the three subgroups of the nearby OB association Sco OB2: Upper Scorpius (US), Upper Centaurus Lupus (UCL) and Lower Centaurus Crux (LCC). We have targeted 199 A-type and late B-type stars in the Ks band, and a subset also in the J and H band. We find 151 stellar components other than the target stars. A brightness criterion is used to separate these components into 77 background stars and 74 candidate physical companion stars. Out of these 74 candidate companions, 41 have not been reported before (14 in US; 13 in UCL; 14 in LCC). Companion star masses range from 0.1 to 3 Msun. The mass ratio distribution follows f(q) = q^-0.33, which excludes random pairing. No close (rho < 3.75'') companion stars or background stars are found in the magnitude range 12 < Ks < 14. The lack of stars with these properties cannot be explained by low-number statistics, and may imply a lower limit on the companion mass of ~ 0.1 Msun. Close stellar components with Ks > 14 are observed. If these components are very low-mass companion stars, a gap in the companion mass distribution might be present. The small number of close low-mass companion stars could support the embryo-ejection formation scenario for brown dwarfs. Our findings are compared with and complementary to visual, spectroscopic, and astrometric data on binarity in Sco OB2. We find an overall companion star fraction of 0.52 in this association. This paper is the first step toward our goal to derive the primordial binary population in Sco OB2.

研究の動機と目的

• A型星の近接視覚的連星を検出することで、スコルピウスOB2 associationにおける原始的連星集団を特徴づけること。
• 高解像度近赤外画像を用いて、3つのスコOB2亜グループ（US, UCL, LCC）における連星の多重度率および質量比分布を決定すること。
• 既存の連星調査における観測バイアスおよび選択効果を調査し、合成モデリングを用いて補正すること。
• 小さな角距離で明るさの低い連星が欠落しているのは、約0.1 M☉の下限質量または連星質量関数のギャップを示す可能性があるという仮説を検証すること。
• 観測データとN体シミュレーション、合成調査を組み合わせることで、真の原始的連星集団を導出する基盤を提供すること。

提案手法

• スコOB2亜グループ（上弦座、上クエンタウルス・ルパス、下クエンタウルス・クルス）の199個のA型および後期B型星に対して、K_S、J、Hバンドを用いた近赤外適応望遠鏡調査を実施した。
• 光度および天球的基準を用いて背景星と物理的連星を区別し、個々のパラレックスと減光補正を適用して絶対等級を導出した。
• 5 Myr（上弦座）および20 Myr（UCLおよびLCC）の年齢を仮定して、原始主系列等高線を用いてK_S等級から質量を推定した。
• 質量比分布f(q) = q^−Γを分析し、Γ = 0.33が得られ、ランダムペアリングとは異なる分布であり、低質量連星の不足が示された。
• 角距離の10年ごとの連星率F_Cを評価し、ρ ≤ 3.75′′でF_C = 0.25であった。これはB型星や原始主系列星のそれ（F_C = 0.20および0.21）よりも高い。
• 星および連星進化を含む合成N体シミュレーションを用いて観測バイアスを定量化し、AO画像およびヒッパルコスデータのシミュレーションを通じて選択効果を補正した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スコOB2におけるA型星の多重度率は、0.22″から12.4″の角距離でどの程度であり、亜グループ間でどのように変化するか？
• RQ2 小さな角距離で12 mag ≤ K_S ≤ 14 magの連星が欠落しているのは、観測バイアスの影響か、連星質量に対する物理的制限か？
• RQ3 f(q) = q^−Γで表される質量比分布にΓ = 0.33が得られた場合、これはランダムペアリングとは不一致の原始的連星集団を示唆するか？
• RQ4 小さな距離で明るさの低い連星が欠落しているのは、約0.1 M☉の下限質量によるものか、それとも連星質量関数のギャップを示唆するか？
• RQ5 星および動的進化が時間経過とともに原始的連星集団をどの程度変化させるか。また、合成モデリングは観測バイアスをどの程度補正できるか？

主な発見

• 合計74個の候補物理的連星が特定され、そのうち41個（USで14個、UCLで13個、LCCで14個）は新たに報告された。距離130 pcにおける投影距離は28.6 AUから1612 AUまで変動した。
• 質量比分布はf(q) = q^−0.33に従い、ランダムペアリングと比較して低質量連星の著しい不足が示された。Γ = 0.33はランダム分布を除外する。
• 角距離 ≤ 3.75″の範囲で、K_S等級12 mag ≤ K_S ≤ 14 magの範囲に連星は検出されなかった。このギャップは少数統計や観測バイアスでは説明できない。
• この等級および距離範囲における連星の不在は、連星に約0.1 M☉の下限質量があることを示唆し、白色矮星の欠如（brown dwarf desert）の可能性を示唆する。
• スコOB2で事前に28個の自由浮遊白色矮星候補が検出されており、これは白色矮星のエムブリオ・エジェクション形成メカニズムを支持する。
• 観測された連星率F_C = 0.25（角距離10年ごと）は、B型星（F_C = 0.20）および原始主系列星（F_C = 0.21）よりも高い。これは、スコOB2におけるA型星の多重度率が高いことを示唆する。