[논문 리뷰] An Adaptive Optics Census of Companions to Northern Stars Within 25 pc with Robo-AO

Maïssa Salama, Carl Ziegler외 9명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 21.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 41인용 수 14

한 줄 요약

이 연구는 로보-AO의 로봇 적응 광학 시스템을 사용하여 25 pc 이내의 부피 제한 측정치를 바탕으로 별계승자들을 조사하며, 분리각 0.′′15에서 4.′′0 사이, 밝기 차이 ∆mi′ ≤7까지 검출된 154개의 별계승자 후보를 제시한다. 조사에서는 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)를 통해 53개의 물리적 연관성을 확인하였으며, FGK 항성에 대해 다중성 비율은 40.9%±3.0%, M 항성에 대해선 28.2%±2.3%를 보고하였고, 새로운 별계승자 49개를 식별하여 주변 별계의 총합을 크게 향상시켰다.

ABSTRACT

In order to assess the multiplicity statistics of stars across spectral types and populations in a volume-limited sample, we censused nearby stars for companions with Robo-AO. We report on observations of 1157 stars of all spectral types within 25 pc with decl. $>-13^{\circ}$ searching for tight companions. We detected 154 companion candidates with separations ranging from $\sim$0.15$''$ to 4.0$''$ and magnitude differences up to $\Delta$m$_{ extit{i'}}\le$7 using the robotic adaptive optics instrument Robo-AO. We confirmed physical association from Gaia EDR3 astrometry for 53 of the companion candidates, 99 remain to be confirmed, and 2 were ruled out as background objects. We complemented the high-resolution imaging companion search with a search for co-moving objects with separations out to 10,000 AU in Gaia EDR3, which resulted in an additional 147 companions registered. Of the 301 total companions reported in this study, 49 of them are new discoveries. Out of the 191 stars with significant acceleration measurements in the Hipparcos-Gaia catalog of accelerations, we detect companions around 115 of them, with the significance of the acceleration increasing as the companion separation decreases. From this survey, we report the following multiplicity fractions (compared to literature values): 40.9%$\pm$3.0% (44%) for FGK stars and 28.2%$\pm$2.3% (27%) for M stars, as well as higher-order fractions of 5.5%$\pm$1.1% (11%) and 3.9%$\pm$0.9% (5%) for FGK stars and M type stars, respectively.

연구 동기 및 목표

• 스펙트럼 유형과 집단에 따라 부피 제한 샘플 내 근접 항성의 다중성 통계를 평가하기 위해.
• 로보-AO의 로봇 적응 광학 시스템을 활용한 고각해상도 영상 기반으로 이전에 해결되지 않은 별계승자를 검출하기 위해.
• 특히 M 주계성과 FGK 항성에 대해 태양계 근처의 별계승자 총합을 향상시키기 위해.
• 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)를 활용해 물리적 연관성을 검증하고, 보이지 않는 별계승자를 암시하는 가속도를 보이는 항성을 식별하기 위해.
• 고각해상도 영상과 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)를 통합하여 공통 운동 물체 탐색을 통해 별계승자 탐지 효율을 극대화하기 위해.

제안 방법

• 25 pc 이내 및 천황도 > −13°인 1157개 항성에 대해 완전 자동화된 로보-AO 레이저 적응 광학 장치를 사용하여 부피 제한 조사를 수행하였다.
• 분리각 ∼0.′′15에서 4.′′0 사이, 밝기 차이 ∆mi′ ≤7까지의 밀접한 별계승자를 검출하기 위해 고각해상도 영상 촬영을 수행하였다.
• 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)를 활용해 운동량과 일치하는 파라메터를 기반으로 별계승자 후보의 물리적 연관성을 확인하였다.
• 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)의 운동량과 일치하는 물체를 이용해 최대 10,000 AU 이내의 광역 범위에서 공통 운동 물체를 탐색하는 영상 보완 조치를 취하였다.
• 스펙트럼 유형별로 다중성 비율과 고차 다중성 비율을 유도하기 위해 통계 분석을 적용하였다.
• 항성 궤도 진동을 뚜렷하게 보이는 경우를 식별하기 위해 히파르코스–가이아 가속도 목록을 사용하여 결과를 교차 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고각해상도 영상과 가시성 천문학적 데이터(Gaia)를 통해 25 pc 이내의 FGK 및 M형 항성의 다중성 비율은 얼마인가요?
• RQ2 로보-AO의 적응 광학 영상 기반으로 태양계 근처에서 이전에 발견되지 않은 별계승자는 몇 개나 드러났나요?
• RQ3 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)의 운동량과 일치하는 파라메터는 별계승자 후보의 물리적 연관성을 어느 정도 확인할 수 있나요?
• RQ4 히파르코스–가이아 목록의 가속도 측정치는 점점 줄어드는 분리각에서 별계승자 탐지와 어떻게 관련이 있나요?
• RQ5 로보-AO 영상과 가시성 천문학적 공통 운동 물체 탐색을 통합했을 때, 밀착 및 넓은 범위의 별계승자 총합은 얼마인가요?

주요 결과

• 조사에서 분리각 ∼0.′′15에서 4.′′0 사이, 밝기 차이 ∆mi′ ≤7까지의 154개의 별계승자 후보를 검출하였다.
• 이 중 53개는 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3)를 통해 물리적 연관성이 확인되었고, 99개는 확인이 남아 있으며, 2개는 배경 천체로 배제되었다.
• FGK 항성의 다중성 비율은 40.9%±3.0%이며, M 항성의 다중성 비율은 28.2%±2.3%이며, 고차 다중성 비율은 각각 5.5%±1.1%와 3.9%±0.9%였다.
• 총 301개의 별계승자가 보고되었으며, 그 중 49개는 새로운 발견으로, 주변 별계의 알려진 총합을 크게 확장하였다.
• 히파르코스–가이아 목록에서 뚜렷한 가속도 측정치를 보인 191개 항성 중 115개가 별계승자를 지닌 것으로 밝혀졌으며, 별계승자 분리각이 작아질수록 가속도 유의수준이 높아졌다.
• 로보-AO 영상과 가시성 천문학적 데이터(Gaia EDR3) 공통 운동 물체 탐색을 통합하여 총 301개의 별계승자를 복원하였으며, 이는 별계승자 탐지에서 다중 방법 접근의 효과를 입증하는 바이다.