[논문 리뷰] Discovery of 34 low-mass comoving systems using NOIRLab Source Catalog DR2

Frank Kiwy, Jacqueline K. Faherty외 15명|arXiv (Cornell University)|2022. 04. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 75인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 NOIRLab Source Catalog DR2의 정밀한 운동량 측정을 통해 34개의 새로운 저질량 공전 시스템을 발견하였다—초냉각 백색왜성(모형 M, L, T)과 K/M 백색왜성 또는 백색왜성이 짝을 이루는 시스템들이다. NSC DR2의 고정밀 천체 운동학 데이터와의 교차 매칭을 통해, 이 시스템들은 169 AU에서 8,487 AU까지의 투영 물리적 분리와 최소 97 mas yr⁻¹의 총 운동량을 보이며, 냉각된 별형 천체의 형성 및 진화를 연구하기 위한 벤치마크 시스템의 샘플을 크게 확장하였다.

ABSTRACT

We present the discovery of 34 comoving systems containing an ultra-cool dwarf found by means of the NOIRLab Source Catalog (NSC) DR2. NSC's angular resolution of $\sim$1" allows for the detection of small separation binaries with significant proper motions. We used the catalog's accurate proper motion measurements to identify the companions by cross-matching a previously compiled list of brown dwarf candidates with NSC DR2. The comoving pairs consist of either a very low-mass star and an ultra-cool companion, or a white dwarf and an ultra-cool companion. The estimated spectral types of the primaries are in the K and M dwarf regimes, those of the secondaries in the M, L and T dwarf regimes. We calculated angular separations between $\sim$2 and $\sim$56", parallactic distances between $\sim$43 and $\sim$261 pc and projected physical separations between $\sim$169 and $\sim$8487 AU. The lowest measured total proper motion is 97 mas yr$^{-1}$, the highest 314 mas yr$^{-1}$. Tangential velocities range from $\sim$23 to $\sim$187 km s$^{-1}$. We also determined comoving probabilities, estimated mass ratios and calculated binding energies for each system. We found no indication of possible binarity for any component of the 34 systems in the published literature. The discovered systems can contribute to the further study of the formation and evolution of low-mass systems as well as to the characterization of cool substellar objects.

연구 동기 및 목표

• 태양계 근처에서 초냉각 백색왜성(M, L, T 유형)을 포함하는 새로운 공전 시스템을 식별하기 위해.
• NOIRLab Source Catalog DR2의 깊은 광학 영역 및 고정밀 운동학 정밀도를 활용하여 흐린, 저운동량 이중성 천체의 탐지에 한계를 극복하기 위해.
• 특히 나이와 금속성 정보가 알려지지 않은 냉각된 별형 천체의 특성 분석을 위한 벤치마크 시스템 샘플을 확장하기 위해.
• 운동량 일관성과 광도 색상 절단을 통해 이전에 간과된 백색왜성과 매우 낮은 질량의 별의 공전 동반성을 탐지하기 위해.
• 주별성의 금속성, 나이 및 이중성 정보를 결정하기 위한 향후 분광학적 후속 관측을 위한 자원을 제공하기 위해.

제안 방법

• NSC DR2 광도 측정에서 색상 절단을 사용하여 초냉각 백색왜성 후보를 검색: 1.4 < (i–z)NSC < 3.5 및 0.4 < (z–Y)NSC < 1.5.
• 감지 가능한 운동량과 영상 블링킹을 통한 시각적 확인을 위해 100 mas yr⁻¹ 이상의 운동량을 가진 물체를 선별.
• 각도적 근접성과 일관된 운동량 벡터를 사용하여 후보자들을 NSC DR2 천체와 교차 매칭.
• 거짓 양성 감소를 위해 점광원 우선 순위를 위해 0.7 이상의 높은 별/은하계 분류기 적용.
• 파라락틱 거리와 광도 거리 측정을 사용하여 공전 확률, 질량 비율, 결합 에너지 및 거리 추정치 계산.
• Gaia DR2/EDR3 및 기타 카탈로그를 사용하여 천체를 교차 검증하고 우연의 정렬 가능성을 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 NOIRLab Source Catalog DR2는 고정밀 운동량 측정을 통해 초냉각 백색왜성을 포함하는 저질량, 넓은 간격의 이중성 천체 시스템을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 초냉각 백색왜성을 포함하는 새로운 공전 시스템에서 물리적 간격, 운동량, 그리고 탄성 속도의 분포는 어떻게 되는가?
• RQ3 주성분과 보조성분 간의 거리 불일치와 공전 확률은 물리적 연결성 대비 우연의 정렬을 식별하는 데 어떻게 기여하는가?
• RQ4 고속 탄성 속도 시스템은 두꺼운 디스크 또는 할로의 구성원임을 시사하는가? 이는 금속성 및 나이 추정에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 높은 Gaia RUWE 값을 보이는 시스템은 주성분에서 해소되지 않은 이중성임을 시사하는가? 이는 시스템의 해석에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 이 연구는 34개의 새로운 공전 시스템을 발견하였으며, 그 중 31개는 초냉각 백색왜성(M, L, T 유형)을 보조성분으로, 주성분은 K/M 백색왜성 범주에 속한다.
• 각도적 간격은 2″에서 56″까지 범위를 가지며, 투영 물리적 간격은 169 AU에서 8,487 AU까지로 넓은 이중성 시스템임을 나타낸다.
• 총 운동량은 97 mas yr⁻¹에서 314 mas yr⁻¹까지 범위를 가지며, 탄성 속도는 23 km s⁻¹에서 187 km s⁻¹까지 다양하다. 고속 시스템은 두꺼운 디스크 또는 할로의 구성원일 가능성을 시사한다.
• 공전 확률는 4.5%에서 99.9%까지 다양하며, 시스템 #9, #13, #15는 낮은 확률과 큰 거리 불일치를 보이며 우연의 정렬일 가능성이 높다.
• 34개 시스템 중 어느 하나의 이중성도 이전 문헌에서 보고된 바 없어, 이들의 신규성과 함께 냉각된 별형 천체 연구를 위한 알려진 밴치마크 시스템 샘플이 크게 확장됨을 확인한다.
• 높은 Gaia RUWE 값(예: #13의 경우 14)을 보이는 시스템은 주성분에서 해소되지 않은 이중성이 존재할 가능성을 시사하며, 이는 분광학적 후속 관측을 통한 다중성 해소가 필요함을 나타낸다.