[論文レビュー] The substellar mass function in sigma Orionis. II. Optical, near-infrared and IRAC/Spitzer photometry of young cluster brown dwarfs and planetary-mass objects

J. A. Caballero, V. J. S. Béjar+9 more|arXiv (Cornell University)|May 7, 2007

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 99被引用数 82

ひとこと要約

本研究では、σオリオン座星団の若い亜星族天体の深紫外・近赤外・スパイitzer IRAC光度測定を実施し、約0.006 M☉まで30個の本物のメンバーを同定した。質量関数は上昇傾向を示し、α = 0.6 ± 0.2であった。これは、0.006 M☉未満で吸収率による質量制限が存在しないことを示しており、褐色矮星および惑星質量天体の連続的形成メカニズムを支持する。

ABSTRACT

We investigate the mass function in the substellar domain down to a few Jupiter masses in the young sigma Orionis open cluster (3+/-2 Ma, d = 360^+70_-60 pc). We have performed a deep IJ-band search, covering an area of 790 arcmin^2 close to the cluster centre. This survey was complemented with an infrared follow-up in the HKs- and Spitzer 3.6-8.0 mum-bands. Using colour-magnitude diagrams, we have selected 49 candidate cluster members in the magnitude interval 16.1 mag < I < 23.0 mag. Accounting for flux excesses at 8.0 mum and previously known spectral features of youth, 30 objects are bona fide cluster members. Four are first identified from our optical-near infrared data. Eleven have most probable masses below the deuterium burning limit and are classified as planetary-mass object candidates. The slope of the substellar mass spectrum (Delta N / Delta M = a M^-alpha) in the mass interval 0.11 Msol M < 0.006 Msol is alpha = +0.6+/-0.2. Any opacity mass-limit, if these objects form via fragmentation, may lie below 0.006 Msol. The frequency of sigma Orionis brown dwarfs with circumsubstellar discs is 47+/-15 %. The continuity in the mass function and in the frequency of discs suggests that very low-mass stars and substellar objects, even below the deuterium-burning mass limit, may share the same formation mechanism.

研究の動機と目的

• σオリオン座星団における亜星族質量関数の形状を、数ジュピター質量程度まで特定すること。
• 若い近隣の開放星団において、褐色矮星および惑星質量天体候補を同定・特徴づけること。
• 非常に低質量天体の周囲に存在する円盤の頻度を評価し、形成メカニズムを解明すること。
• 分子雲の重力的分裂によって形成される天体に、吸収率による質量制限が存在するかを検証すること。
• 惑星質量天体が、低質量星や褐色矮星と同一のプロセスで形成されるかどうかを確認すること。

提案手法

• σオリオン座中心部を対象とした深紫外 $IJ$ バンド調査を実施し、$I \sim 24.1$ mag および $J \sim 21.8$ mag の限界等級に達した。
• 赤外線フォローアップ観測を $H$-, $K_{\rm s}$-バンドおよびスパイザーIRAC 3.6–8.0 μm バンドで実施し、円盤を示すフラックス過剰を検出した。
• 色-等級図（$I$ 対 $I-J$）を用いて、16.1 < $I$ < 23.0 mag の範囲で49個の候補メンバーを選別した。
• 若年性を示す分光的特徴および8.0 μmのフラックス過剰を用いて、星団メンバーの確認と円盤保持天体の同定を行った。
• 亜星族質量関数をべき乗則としてモデル化：$\Delta N/\Delta M \propto M^{-\alpha}$ とし、$\alpha$ を質量範囲 0.11–0.006 $M_\odot$ で導出した。
• IRAC 8.0 μm過剰とメンバー確認基準を用いて、円盤を持つ褐色矮星の頻度を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 σオリオン座における亜星族質量関数の勾配は、約0.006 $M_\odot$ までどのように変化するか？
• RQ2 σオリオン座の惑星質量天体候補は、周囲に円盤を有する兆候を示すか？また、円盤を持つ褐色矮星の頻度はどの程度か？
• RQ3 分子雲内の吸収率制限による重力的分裂が、初期質量関数に質量カットオフをもたらす証拠はあるか？
• RQ4 非常に低質量天体の観測された性質は、低質量星から惑星質量天体への連続的形成メカニズムを支持するか？
• RQ5 σオリオン座における明るさの弱い亜星族天体の光度的および分光的性質は、既知の若い褐色矮星および孤立した惑星質量天体とどのように比較できるか？

主な発見

• σオリオン座における亜星族質量関数は上昇傾向を示し、質量範囲 0.11–0.006 $M_\odot$ でべき乗則の勾配 $\alpha = 0.6 \pm 0.2$ であった。
• 49個の候補者の中から、若年性指標およびIRAC 8.0 μm過剰を用いて30個が本物の星団メンバーとして確認された。
• 11個の天体が重水素燃焼限界（0.013 $M_\odot$）未満の最も確実な質量を示し、惑星質量天体候補として分類された。
• 円盤を持つ褐色矮星の頻度は47 ± 15%であり、亜星族領域における円盤保持の頻度が非常に高いことを示している。
• 0.006 $M_\odot$ まで質量関数に途切れやカットオフは観測されず、この星団では吸収率による質量制限の証拠がないことを示している。
• 本研究で初めて報告された褐色矮星が4体、惑星質量天体候補が2体存在した。