[論文レビュー] The primordial binary population II: Recovering the binary population for intermediate mass stars in Sco OB2

M. B. N. Kouwenhoven, A. G. A. Brown+2 more|ArXiv.org|Jul 18, 2007

Scientific Research and Discoveries参考文献 3被引用数 125

ひとこと要約

本研究では、近隣のスコーピウス・セントラウリスOB2協分会合における中質量星の原始二重星集団を、視覚的・分光的・天体測位的調査における観測バイアスをモデル化することで回復した。二重星頻度は70％を超えており、質量比分布 f_q(q) ∝ q^−0.4 および半長径分布 f_a(a) ∝ a^−1.0（オピクの法則）に従うことが判明し、中質量星の星形成において多重性が本質的であることを示唆している。

ABSTRACT

We characterize the binary population in the young and nearby OB association Scorpius OB2 using available observations of visual, spectroscopic, and astrometric binaries with intermediate-mass primaries. We take into account observational biases by comparing the observations with simulated observations of model associations. The available data indicate a large binary fraction (> 70% with 3sigma confidence), with a large probability that all intermediate mass stars in Sco OB2 are part of a binary system. The binary systems have a mass ratio distribution of the form f(q) ~ q^-0.4. Sco OB2 has a semi-major axis distribution of the form f(log a) ~ constant (Opik's law), in the range 5-5e6 Rsun. The log-normal period distribution of Duquennoy & Mayor results in too few spectroscopic binaries, even if the model binary fraction is 100%. Sco OB2 is a young association with a low stellar density; its current population is expected to be very similar to the primordial population. The fact that practically all stars in Sco OB2 are part of a binary (or multiple) system demonstrates that multiplicity is a fundamental factor in the star formation process, at least for intermediate mass stars.

研究の動機と目的

• Sco OB2における中質量星の真の原始二重星集団を、観測選択効果を考慮して回復すること。
• 観測された二重星とシミュレートされた観測を比較することで、二重星パラメータの内在的分布（質量比、半長径、周期）を特定すること。
• 若年齢および低星密度であるSco OB2の現在の二重星集団が、原始集団を代表しているかどうかを評価すること。
• よく研究された近接OB協分会合における二重星の統計的性質を分析することで、星形成における多重性の役割を評価すること。
• 将来的なGaiaデータを用いた研究の基盤を築くために、既存の高精度データセットを用いて手法を検証すること。

提案手法

• Sco OB2の6つの主要な二重星調査と同一の選択関数を用いて、合成二重星集団の観測をシミュレートした。
• 視覚的・分光的・天体測位的カテゴリにわたり、シミュレートされた検出率と実際の観測二重星数を比較することでバイアス補正を実施した。
• 尤度に基づくアプローチを用いて、質量比分布 f_q(q) ∝ q^γ_q および半長径分布 f_a(a) ∝ a^γ_a の背後にある二重星集団パラメータを推定した。
• 周期分布に対してパラメトリックモデルを用い、デュクエンヌワ＆マレー（1991）の対数正規分布形を観測された分光二重星数と比較して検証した。
• 二重星パラメータの独立性を仮定し、視覚的二重星を主たる制約条件とし、分光的および天体測位的データによる一貫性の確認も行った。
• 異なる分離距離および周期範囲におけるシミュレートされた二重星数と観測された二重星数を比較することで結果を検証し、乖離を最小限に抑えるためにモデルパラメータを調整した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測バイアスを補正した後、Sco OB2における中質量星の真の二重星頻度はいかほどか？
• RQ2 Sco OB2の二重星集団における質量比および半長径の内在的分布は何か？
• RQ3 観測された分光二重星の数を正確に再現できるか、デュクエンヌワ＆マレー（1991）の対数正規周期分布（log-normal period distribution）は妥当か？
• RQ4 若年齢（5–20 Myr）および低密度（<0.1 M⊙ pc⁻³）を特徴とするSco OB2の現在の二重星集団は、どの程度原始集団を反映しているか？
• RQ5 視覚的・分光的・天体測位的調査における選択効果が、二重星集団の性質推定にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 中質量星の二重星頻度は70％を超えており、99.7％の信頼水準（3σ）で、すべての中質量星が二重星または多重星系に属している可能性が非常に高い。
• 質量比分布は f_q(q) ∝ q^−0.4 に従い、等質量および中質量の二重星に傾向があることを示している。
• 半長径分布は5 R⊙ ≤ a ≤ 5×10⁶ R⊙ の範囲で f_a(a) ∝ a^−1.0（オピクの法則）に従う。
• デュクエンヌワ＆マレー（1991）の対数正規周期分布は、100％の二重星頻度を仮定しても、分光二重星の数を過小評価している。
• Sco OB2の若年齢（5–20 Myr）および低星密度（<0.1 M⊙ pc⁻³）を考慮すると、現在の二重星集団は原始集団と整合的である。
• 結果から、特に中質量星の星形成において、多重性が星形成プロセスの本質的結果である可能性が示唆された。