[논문 리뷰] 17 new very low-mass members in Taurus. The brown dwarf deficit revisited

Sylvain Guieu, C. Dougados외 3명|CERN Bulletin|2005. 09. 13.

Astrophysics and Star Formation Studies인용 수 58

한 줄 요약

이 연구는 넓은 영역의 광학 조사와 분광학적 후속 관측을 통해 타우루스 성성 영역에서 17개의 새로운 매우 낮은 질량(VLM) 및 백색왜성(BD) 성운을 규명하였으며, 별과 보다 낮은 질량의 천체 비율이 0.23 ± 0.05로 산출되어 이제 트라페이지움 성운과 일치하게 되었으며, 이는 BD가 본질적으로 부족한 것이 아니라 밀도가 높은 핵심 영역에서의 천체 역학적 방출으로 인해 공간적으로 분리되어 있을 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Recent studies of the substellar population in the Taurus cloud have revealed a deficit of brown dwarfs (BD) compared to the Trapezium cluster population (Briceno et al 1998; Luhman 2000; Luhman et al 2003a; Luhman 2004). However, these works have concentrated on the highest stellar density regions of the Taurus cloud. We have performed a large scale optical survey of this region, covering a total area of 30 deg^2, and encompassing the densest part of the cloud as well as their surroundings, down to a mass detection limits of 15 Jupiter Masses (MJ). In this paper, we present the optical spectroscopic follow-up observations of 97 photometrically selected potential new low-mass Taurus members, of which 27 are strong late-M (SpT < M4V) candidates. These observations reveal 5 new very low mass (VLM) Taurus members and 12 new BDs. Combining our observations with previously published results, we derive an updated substellar to stellar ratio in Taurus of Rss =0.23 +/- 0.05. This ratio now appears consistent with the value previously derived in the Trapezium cluster under similar assumptions of 0.26 +/- 0.04. We find strong indication that the relative numbers of BDs with respect to stars is decreased by a factor 2 in the central regions of the aggregates with respect to the more distributed population. Our findings are best explained in the context of the embryo-ejection model where brown dwarfs originate from dynamical interactions in small N unstable multiple systems.

연구 동기 및 목표

• 고밀도 영역을 초월한 조사로 타우루스에서 오랫동안 지속된 '백색왜성 부족 문제'를 해결하기 위해.
• 저밀도 영역까지 포함된 광범위한 영역에서 VLM 및 BD 성운을 규명함으로써 타우루스에서의 진정한 별과 보다 낮은 질량 천체의 초기 질량 함수(IMF)를 평가하기 위해.
• 역학적 방출 모델과 관련된 별과 보다 낮은 질량 천체의 공간 분포 및 물질 붕착 특성을 조사하기 위해.
• 유사한 조건 하에서 타우루스와 트라페이지움 성운의 별과 보다 낮은 질량 천체 비율을 비교하기 위해.
• 환경적 요인에 따른 BD 빈도 변화가 관측 편향인지, 아니면 천체 역학적 방출과 같은 물리적 과정 때문인지 평가하기 위해.

제안 방법

• CFHT와 Megacam를 사용하여 타우루스의 약 28 deg² 영역을 광학적 조사하였으며, i′ ≈ 20–24 및 z′ ≈ 21–23의 감도를 확보하여 연령 ≤5 Myr일 경우 질량 탐지 한계가 15 M_J에 해당함.
• 색도-등급도 및 색도-색도도 분석을 기반으로 97개의 광학적 후보자를 선정하였으며, 주로 늦은 M형 및 보다 낮은 질량 천체(스펙트럼형 ≥ M4V)에 집중함.
• 중간 해상도 광학 분광학을 수행하여 스펙트럼 피팅 및 Na I 등가폭 분석을 통해 스펙트럼형, 시각적 투명도, 빛의 강도 등급을 유도함.
• 색도, 스펙트럼형, 투명도 및 라디얼 속도 일치성을 기반으로 성운에의 소속 관계를 평가하였으며, M4V 이하의 천체에 대해 87–90%의 완전도 확보.
• Hα 선도출과 금속선 방출(예: [O I] 6300 Å)을 통해 붕착 신호를 확인하였으며, 별과 보다 낮은 질량 천체의 42%에서 붕착이 계속되고 있음을 확인함.
• 이전 조사 결과와 결합하여 업데이트된 별과 보다 낮은 질량 천체 비율(ℛ_ss)을 계산하고, 성운 내에서 BD 빈도의 공간 기울기를 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 타우루스에서 관측된 백색왜성의 부족 현상은 고밀도 영역에서의 관측 편향 때문인지, 아니면 진정한 물리적 결핍 때문인가?
• RQ2 저밀도 영역까지 포함된 광범위한 영역에서 조사했을 때, 타우루스에서의 진정한 별과 보다 낮은 질량 천체 비율은 얼마인가?
• RQ3 최근에 규명된 백색왜성과 매우 낮은 질량 성운은 전통적인 T Tauri 성운과 유사한 붕착 신호를 보이는가?
• RQ4 백색왜성 대 성운 비율에 공간 기울기가 존재하는가? 즉, 고밀도 성운 핵심부에서는 백색왜성 빈도가 낮고, 덜 조밀한 영역에서는 더 높은가?
• RQ5 타우루스에서 관측된 백색왜성의 분포 및 빈도는 불안정한 다중 천체계에서의 천체 역학적 방출(배아 방출 모델)으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 이 연구는 17개의 새로운 타우루스 성운을 규명하였으며, 이 중 12개는 백색왜성, 5개는 매우 낮은 질량 성운이며, 별과 보다 낮은 질량 천체 중 42%에서 Hα 선도출이 관측되어 붕착이 계속되고 있음을 시사함.
• 업데이트된 타우루스의 별과 보다 낮은 질량 천체 비율 ℛ_ss = 0.23 ± 0.05는 이제 유사한 조건 하에서 트라페이지움 성운에서 관측된 0.26 ± 0.04와 통계적으로 일치함.
• 중앙 0.5 pc 영역의 백색왜성 대 성운 비율은 더 퍼져 있는 인구보다 약 2배 감소하여 공간적 분리가 뚜렷하게 나타남.
• 두 개의 VLM 성운(CFHT-Tau 19 및 21)과 네 개의 백색왜성(CFHT-Tau 6, 8, 11, 12)에서 근적외선 과잉과 온실가시광선 방출선이 관측되어 붕착 과정이 계속되고 있음이 확인됨.
• 타우루스와 트라페이지움 성운 간의 ℛ_ss 유사성과 BD 빈도의 공간 기울기 조합은 배아 방출 모델이 BD 형성에 타당한 설명이 될 수 있음을 지지함.
• 결과는 천체 역학적 방출이 타우루스에서 관측된 BD의 공간 분포와 상대적 빈도를 재현할 수 있음을 시사하며, 1 km/s 이상의 방출 속도는 2–3 Myr 내에 1° 이상의 영역으로 BD를 산산이 흩트릴 수 있음.