[논문 리뷰] Are isolated planetary-mass objects really isolated? A brown dwarf-exoplanet system candidate in the sigma Orionis cluster

J. A. Caballero, E. L. Martı́n외 2명|ArXiv.org|2006. 08. 30.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 43인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 시그마 오리온스 성운에서 M5–6 흑색왜성(세븐 70)과 행성질량 천체(시 오리 68) 사이의 투영 거리가 1,700 ± 300 AU인 후보 흑색왜성–행성계를 제시한다. 세븐 70에 대한 스펙트럼적 증거, 즉 리튬 흡수와 Hα 발산은 성운 소속을 지지하며, 일부 '고립된' 행성질량 천체가 실제로 넓은 행성계의 일부일 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The recent detection by direct imaging of three giant planets at wide separation (50-250 AU) from their primaries has raised the question about the ``true isolation'' of planetary-mass objects in clusters. Our goal was to test the possibility that some free-floating planetary-mass object could in fact be part of wide planetary systems. We searched in the literature for stellar and brown-dwarf member candidates of the sigma Orionis cluster at small angular separations from published candidate planetary-mass objects. We found one candidate planetary system, SE 70, composed of an X-ray source and a planetary-mass object, namely S Ori 68, separated by only 4.6 arcsec. In order to assess the cluster membership of the X-ray source, we obtained mid-resolution optical spectroscopy using ISIS on the William Herschel Telescope. We also compiled additional data on the target from available astronomical catalogues. We have found that SE 70 follows the spectrophotometric sequence of the cluster and displays spectroscopic features of youth, such as lithium in absorption and chromospheric Halpha emission. The radial velocity is consistent with cluster membership. Hence, SE 70 is very probably a sigma Orionis cluster member. The projected physical separation between SE 70 and S Ori 68 is 1700+/-300 AU at the distance of the cluster. If the common proper motion is confirmed in the near future, the system would be composed of an M5-6 brown dwarf with an estimated mass of ~45 M_Jup and an L5+/-2 giant planet with an estimated mass of ~5 M_Jup. It would be the widest and one of the lowest-mass planetary systems known so far.

연구 동기 및 목표

• 청년 성운 내 자유로이 부유하는 행성질량 천체(PMO)들이 실제로 고립되어 있는지, 아니면 넓은 행성계의 일부인지 조사하기 위해.
• 일부 PMO가 큰 거리에서 낮은 질량의 별 또는 흑색왜성의 동반성체와 유도되어 있을 수 있다는 가설을 검증하기 위해.
• 스펙트럼적 및 광도적 분석을 통해 후보 행성계 세븐 70–시 오리 68의 성운 소속을 평가하기 위해.
• 이 시스템이 유도된 넓은 이중성계로서의 천체역학적 및 운동학적 일관성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 시그마 오리온스 성운 내 알려진 PMO 후보 주변 15 초초 이내의 별 및 흑색왜성 후보를 문헌 조사하여 검색하였다.
• 윌리엄 허셜 망원경의 ISIS 장비를 사용하여 X선 천체 세븐 70의 중해상도 광학 스펙트럼을 확보하였다.
• X선, 광학, 적외선 magnitude를 포함한 다중 파장 데이터를 천문학적 카탈로그에서 취합하였다.
• 청년성과 성운 소속을 추론하기 위해 리튬 흡수 및 Hα 발산과 같은 스펙트럼 특징을 분석하였다.
• 성운 거리(360 pc)를 사용하여 세븐 70과 시 오리 68 사이의 투영 물리적 거리를 추정하였다.
• 일반적인 정규 운동과 천체역학적 유도 가능성의 평가를 위해 라디얼 속도 일관성과 공간 분포를 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 행성질량 천체 시 오리 68은 진정으로 고립되어 있는가, 아니면 동반성체와 유도되어 있을 수 있는가?
• RQ2 X선 천체 세븐 70은 청년성과 성운 소속을 시사하는 스펙트럼적 특징을 보이는가?
• RQ3 세븐 70과 시 오리 68 사이의 투영 물리적 거리는 얼마이며, 넓은 행성계와 일관되는가?
• RQ4 공간 분포를 고려할 때 세븐 70과 시 오리 68이 실제 물리적 시스템을 형성할 가능성은 얼마인가?
• RQ5 라디얼 속도 및 운동량 측정치는 시스템의 천체역학적 유도를 확인할 수 있는가?

주요 결과

• 세븐 70은 리튬 흡수와 Hα 발산를 보이며, 청년성과 시그마 오리온스 성운 소속에 강력한 지지를 제공한다.
• 세븐 70의 라디얼 속도는 성운 평균 라디얼 속도와 일치하여 소속을 추가로 지지한다.
• 세븐 70과 시 오리 68 사이의 투영 물리적 거리는 성운 거리 360 pc에서 1,700 ± 300 AU이다.
• 공간 분포를 고려할 때 세븐 70과 시 오리 68가 실제 물리적 시스템을 형성할 가능성은 약 99%이다.
• 확인되면 이 시스템은 M5–6 흑색왜성(~45 M_Jup)과 L5 ± 2 행성질량 천체(~5 M_Jup)로 구성되며, 알려진 가장 넓고 질량이 작은 행성계 중 하나가 될 것이다.
• 고정밀 라디얼 속도 측정치(1 km s⁻¹ 이하)와 향후 운동량 연구가 공통 정규 운동과 천체역학적 유도를 확인하기 위해 필요하다.