[논문 리뷰] An extremely wide and very low-mass pair with common proper motion. Is it representative of a nearby halo stream?

R.‐D. Scholz, N. V. Kharchenko외 2명|arXiv (Cornell University)|2008. 07. 03.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 22인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 공통 운동량이 약 860 mas/yr인 매우 넓은(5 pc 투영 분리) 낮은 질량의 별 쌍—M7 퇴색 항 星 SSSPM J2003−4433과 sdM7 초저질량 항 星 SSSPM J1930−4311—을 규명하였으며, 이는 물리적 연관성을 강력히 시사한다. 이 쌍의 고속 공간 운동(U,V,W ≈ −232,−170,+74 km/s)과 낮은 금속성 초저질량 항 星는 은하 헬름 스트림의 구성원일 가능성이 높으며, 분해된 넓은 이중성보다는 그렇지 않다. 다만, 물리적 연관성을 확인하기 위해 더 정밀한 라디얼 속도 및 지름 측정치가 필요하다.

ABSTRACT

(abridged) We describe the discovery of an extremely wide pair of low-mass stars with a common large proper motion and discuss their possible membership in a Galactic halo stream crossing the Solar neighbourhood. (...) The late-type (M7) dwarf SSSPM J2003$-$4433 and the ultracool subdwarf SSSPM J1930$-$4311 (sdM7) sharing the same very large proper motion of about 860 mas/yr were found in the same sky region with an angular separation of about 6\degr. From the comparison with other high proper motion catalogues we have estimated the probability of a chance alignment of the two new large proper motions to be less than 0.3%. From the individually estimated spectroscopic distances of about $38^{+10}_{-7}$ pc and $72^{+21}_{-16}$ pc, respectively for the M7 dwarf and the sdM7 subdwarf, and in view of the accurate agreement in their large proper motions we assume a common distance of about 50 pc and a projected physical separation of about 5 pc. The mean heliocentric space velocity of the pair $(U,V,W)=(-232, -170, +74)$ km/s, based on the correctness of the preliminary radial velocity measurement for only one of the components and on the assumption of a common distance and velocity vector, is typical of the Galactic halo population. The large separation and the different metallicities of dwarfs and subdwarfs make a common formation scenario as a wide binary (later disrupted) improbable, although there remains some uncertainty in the spectroscopic classification scheme of ultracool dwarfs/subdwarfs so that a dissolved binary origin cannot be fully ruled out yet. It seems more likely that this wide pair is part of an old halo stream. (...)

연구 동기 및 목표

• 최근 발견된 낮은 질량의 별 쌍이 공통 운동량을 보이는지 물리적 연관성을 조사하는 것.
• 큰 각도 분리와 낮은 질량 특성으로 인해 이 쌍이 물리적 시스템인지 우연의 일치인지 평가하는 것.
• 성분들의 공간 속도와 금속성 차이를 산정하여 은하 헬름 집단에의 소속 가능성을 평가하는 것.
• 이 쌍이 분해된 헬름 스트림의 일부일 가능성, 넓은 이중성 시스템이 아닌지를 탐색하는 것.
• 물리적 연관성과 역학적 역사 확인을 위해 더 정밀한 라디얼 속도 및 삼각측량 파라메터 측정이 필요하다는 것을 규명하는 것.

제안 방법

• 남반천에서의 고운동량 후보를 식별하기 위해 SuperCOSMOS 천문도 측량에서 다중 에포크 위치 및 광도 측정치를 활용하였다.
• 저분辨도 스펙트로스코피를 통해 낮은 질량 및 초저온 항 星 후보를 확인하고, 스펙트럼 유형과 빛의 세기 관계를 기반으로 스펙트로스코픽 거리를 유도하였다.
• 아스트로메트릭 정확도를 향상시키기 위해 Two Micron All Sky Survey와 DEep Near-Infrared Survey의 운동량 자료를 통합하였다.
• 지구 중심 라디얼 속도 추정치와 스펙트로스코픽 거리를 사용하여 은하계 공간 속도(U, V, W)를 계산하였으며, ~50 pc의 공통 거리를 가정하였다.
• 우연의 일치 가능성은 고운동량 카탈로그와의 교차 매칭을 통해 평가하였으며, 그 확률은 0.3% 미만이었다.
• 스펙트럼 인덱스(CaH2, CaH3, TiO5)를 사용하여 금속성 차이를 평가하고, 분류 체계와 비교하여 분류 불확실성에도 불구하고 초저질량 항 星에 대해 sdM7 분류를 선호하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 M7 퇴색 항 星와 sdM7 초저질량 항 星의 관측된 공통 운동량은 물리적 연관성인지, 아니면 우연의 일치인지 어떻게 판단할 수 있는가?
• RQ2 이 넓은 이중성 쌍이 투영 분리와 질량 차이를 고려할 때, 분해된 넓은 이중성 시스템일 가능성은 얼마나 되는가?
• RQ3 유도된 공간 속도(U, V, W)는 이 쌍이 은하 헬름 별 집단이나 두꺼운 디스크 집단의 일반적인 운동 범위에 포함되는가?
• RQ4 관측된 금속성 차이(sdB7 대비 M7)는 공통 형성 기원과 어떻게 조화를 이룰 수 있으며, 아니면 헬름 스트림 기원을 지지하는가?
• RQ5 현재의 스펙트로스코픽 거리 및 라디얼 속도 추정치는 공통 속도 벡터를 얼마나 잘 지지하는가? 확인을 위해 어떤 개선이 필요한가?

주요 결과

• 두 별 간의 우연의 일치 확률은 0.3% 미만이므로, 물리적 연관성이 강력히 지지된다.
• 스펙트로스코픽 거리는 M7 퇴색 항 星에 대해 38⁺¹⁰₋₇ pc, sdM7 초저질량 항 星에 대해 72⁺²¹₋₁₆ pc로 추정되었으며, 속도 계산을 위해 약 50 pc의 공통 거리를 가정하였다.
• 이 쌍의 평균 지구 중심 공간 속도는 (U,V,W) = (−232,−170,+74) km/s이며, 이는 은하 헬름 집단의 특성과 일치한다.
• sdM7 초저질량 항 星가 낮은 금속성을 보이며, 이는 넓은 이중성로서의 공통 형성 가능성을 낮추고, 헬름 스트림 기원을 지지한다.
• 5 pc에 이르는 큰 투영 분리와 서로 다른 금속성은 분해된 이중성 시나리오가 불가능하게 만든다. 다만 초저온 항 星 분류에 대한 불확실성은 여전히 남아 있다.
• 라디얼 속도 확인과 거리 불일치 해결을 위해 고해상도 스펙트로스코피 및 삼각측량 측정이 필요하며, 특히 M7 퇴색 항 星는 해상도가 부족한 이중성일 수 있으므로 더욱 중요하다.