[논문 리뷰] CARMENES input catalogue of M dwarfs II. High-resolution imaging with FastCam

M. Cortés‐Contreras, V. J. S. Béjar외 13명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 29.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 1인용 수 45

한 줄 요약

이 연구는 490개의 중간에서 늦은 M형 항성에 대해 FastCam 럭키 이미징 기구를 사용하여 고해상도 영상 촬영을 수행하여 저질량 병행 항성과 그들의 복합성 비율을 탐지한다. 1.4–65.6 AU의 투영 분리 범위에서 편향 보정된 복합성 비율은 19.5 ± 2.3%이며, 피크는 2.5–7.5 AU에서 관찰되며, 새로운 30개의 병행 항성이 확인되어 CARMENES 외계행성 탐사에 대한 대상 선정에 중요한 정보를 제공한다.

ABSTRACT

Aims: We search for low-mass companions of M dwarfs and characterize their multiplicity fraction with the purpose of helping in the selection of the most appropriate targets for the CARMENES exoplanet survey. Methods: We obtained high-resolution images in the I band with the lucky imaging instrument FastCam at the 1.5 m Telescopio Carlos Sanchez for 490 mid- to late-M dwarfs. For all the detected binaries, we measured angular separations, position angles, and magnitude differences in the I band. We also calculated the masses of each individual component and estimated orbital periods, using the available magnitude and colour relations for M dwarfs and our own MJ-spectral type and mass-MI relations. To avoid biases in our sample selection, we built a volume-limited sample of M0.0-M5.0 dwarfs that is complete up to 86% within 14 pc. Results: From the 490 observed stars, we detected 80 companions in 76 systems, of which 30 are new discoveries. The multiplicity fraction in our observed sample is 16.7+-2.0% . In our volume-limited sample it is 19.5+-2.3% for angular separations of 0.2 to 5.0 arcsec (1.4-65.6 au), The distribution of the projected physical separations peaks at 2.5-7.5 au. For M0.0-M3.5 V primaries, our search is sensitive to mass ratios higher than 0.3. Binaries with projected physical separations shorter than 50 au tend to be of equal mass. For 26 of our systems, we estimated orbital periods shorter than 50 a, 10 of which are presented here for the first time. We measured variations in angular separation and position angle that are due to orbital motions in 17 of these systems. The contribution of binaries and multiples with angular separations shorter than 0.2 arcsec, longer than 5.0 arcsec, and of spectroscopic binaries identified from previous searches, although not complete, may increase the multiplicity fraction of M dwarfs in our volume-limited sample to at least 36%.

연구 동기 및 목표

• CARMENES 외계행성 탐사의 대상 선정을 지원하기 위해 1.4–65.6 AU 범위의 M형 항성의 복합성 비율을 측정하기 위해.
• 고해상도 영상 기법을 사용하여 M형 항성 주위의 저질량 병행 항성을 탐지하고 특성화하기 위해.
• 14 pc 이내의 체적 제한된 완전한 표본을 구성하여 복합성 측정에서의 관측 편향을 보정하기 위해.
• 특히 투영 분리 거리가 50 AU 이하인 경우에 초점을 맞춰 탐지된 이중성의 궤도 파aram터와 질량 비율을 추정하기 위해.
• 비분리된 이중성(영상, 분광, 넓은 범위의 시스템)이 M형 항성의 총 복합성 비율에 기여하는 정도를 평가하기 위해.

제안 방법

• 490개의 중간에서 늦은 M형 항성에 대해 1.5m Telescopio Carlos Sánchez의 FastCam 럭키 이미징 기구를 사용하여 $I$-대역 고해상도 영상 촬영을 수행하였다.
• 모든 탐지된 병행 항성의 각도 분리, 위치 각도, $I$-대역 magnitude 차이를 측정하였다.
• 데이터에서 유도된 M J -스펙트르 타입 및 $M_I$-질량 관계를 사용하여 구성 요소 질량과 궤도 주기를 추정하였다.
• 14 pc 이내에서 86%의 완전도를 확보한 M0.0–M5.0형 항성의 체적 제한 표본을 구성하여 선택 편향을 보정하였다.
• 이전 조사에서 확보된 분광 및 넓은 범위의 이중성 시스템 결과를 통합하여 총 복합성 비율을 추정하였다.
• 반경 속도 및 천문학적 모니터링을 통해 분리 거리와 위치 각도의 변화를 측정한 17개 시스템에서 궤도 운동을 확인하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측 편향을 보정한 후, 1.4–65.6 AU의 투영 분리 범위에서 M형 항성의 진정한 복합성 비율은 얼마인가요?
• RQ2 특히 50 AU 이하의 투영 물리적 분리 거리에서 M형 항성 이중성의 질량 비율과 궤도 파aram터는 어떻게 변화하나요?
• RQ3 분광 및 넓은 범위의 비분리 이중성의 기여도는 M형 항성의 총 복합성 비율에 얼마나 기여합니까?
• RQ4 특히 M0.0–M3.5 V 주성의 경우 복합성 비율은 어떻게 변할까요?
• RQ5 탐지된 시스템에서 궤도 운동이 물리적 유대를 확인하고 주기를 추정하는 데 얼마나 기여합니까?

주요 결과

• 체적 제한 표본에서 0.2–5.0 arcsec의 각도 분리 범위(1.4–65.6 AU)에서 편향 보정된 복합성 비율은 19.5 ± 2.3%이다.
• 투영 물리적 분리 거리의 분포는 2.5–7.5 AU에서 피크를 보이며, 이 범위에 이중성이 집중되어 있음을 시사한다.
• M0.0–M3.5 V 주성의 경우, 질량 비율 >0.3에 대해 감지 가능하며, 질량 비율 >0.8인 시스템의 밀도가 높다.
• 투영 분리 거리가 50 AU 이하인 이중성에서는 동일 질량 성분을 선호하는 경향을 보이며, 이는 형성 또는 천체역학적 제약을 시사한다.
• 17개 시스템에서 궤도 운동이 확인되었으며, 이 중 10개 시스템은 처음으로 궤도 주기를 추정하였고, 26개 시스템은 50년 이내의 추정 주기를 가졌다.
• 이전 조사에서 확보된 비분리 이중성까지 포함하면, 체적 제한 표본에서 M형 항성의 총 복합성 비율은 최소 36%에 이를 수 있다.