[논문 리뷰] Evidence for Circumstellar Disks around Young Brown Dwarfs in the Trapezium Cluster

August Muench, Elizabeth A. Lada외 2명|arXiv (Cornell University)|2001. 07. 24.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 11

한 줄 요약

이 연구는 트라페지움 별단의 냉각된 항성 후보자들에 대한 깊은 JHK 적외선 관측을 제시하며, 약 65%가 주변행성원반을 나타내는 적외선 과잉을 보임을 발견하였다. 결과적으로 냉각된 항성은 개별 구름 조각으로부터 항성과 유사한 메커니즘으로 형성되며, 원반을 가진다는 점에서 행성계 형성의 잠재력이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

We report the results of deep infrared observations of brown dwarf candidates in the Trapezium cluster in Orion. Analysis of the JHK color-color diagram indicates that a large fraction (approx 65% +/- 15%) of the observed sources exhibit infrared excess emission. This suggests the extreme youth of these objects and in turn, provides strong independent confirmation of the existence of a large population of substellar objects in the cluster. Moreover, this suggests that the majority of these substellar objects are presently surrounded by circumstellar disks similar to the situation for the stellar population of the cluster. This evidence for a high initial disk frequency (> 50%) around cluster members of all masses combined with the smooth continuity of the cluster's initial mass function across the hydrogen burning limit suggests that a single physical mechanism is likely responsible for producing the entire cluster mass spectrum down to near the deuterium burning limit. The results may also indicate that even substellar objects are capable of forming with systems of planetary companions.

연구 동기 및 목표

• 깊은 적외선 광도 측정을 통해 트라페지움 별단의 젊은 냉각된 항성 후보자들이 주변행성원반과 연관되어 있는지 확인하기 위해.
• 특히 수소 연소 한계 이하에서의 질량 스펙트럼 전반에 걸쳐 원반 빈도를 평가하기 위해.
• 냉각된 항성이 개별 구름 조각의 붕괴를 통해 항성과 유사한 메커니즘으로 형성되는지, 아니면 별계에서의 탈출을 통해 형성되는지 테스트하기 위해.
• 적외선 과잉 방출을 통해 냉각된 항성의 소속 및 청소년기 상태를 독립적으로 확인하기 위해.
• 저질량 천체 주변에서 행성 동반체 형성의 의미를 탐색하기 위해.

제안 방법

• ESO 3.5m 뉴 테크놀로지 원반의 SOFI 적외선 카메라를 사용하여 트라페지움 별단의 중심 5′×5′ 영역에 대한 깊은 JHK 이미지를 확보하였다.
• 주변행성원반을 나타내는 적외선 과잉 방출을 식별하기 위해 JHK 색-색도를 구성하였다.
• 특히 붕괴된 필드 별들에 의한 오염을 최소화하기 위해 낮은 붕괴도를 가진 소스들(A_V ≤ 5)에 중점을 두어 다양한 붕괴도를 가진 후보 냉각된 항성들을 선별하였다.
• 관측된 색-색도 분포를 이론 모델과 등온선과 비교하여 청소년기 상태와 원반 존재 여부를 평가하였다.
• JHK 도표에서 원반 탐지의 완전성을 평가하기 위해 Lada 등(2000)의 L-대역 광도 측정 자료를 보완적으로 사용하였다.
• 표본의 대표성을 확보하기 위해 붕괴도 제한, 질량 완전 표본을 사용하여 원반 빈도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 트라페지움 별단의 젊은 냉각된 항성 후보자들이 주변행성원반을 나타내는 적외선 과잉을 보이는가?
• RQ2 동일한 별단 내에서 냉각된 항성 후보자들 사이의 원반 빈도는 질량이 더 높은 별들에 비해 어떠한가?
• RQ3 냉각된 항성 후보자들 사이의 원반 존재 여부는 개별 구름 조각 붕괴를 통한 항성과 유사한 형성 메커니즘을 지지하는가?
• RQ4 특히 경사진 또는 구멍이 난 원반의 경우, JHK 광도 측정의 한계로 인해 관측된 원반 빈도가 과소평가되고 있는가?
• RQ5 현재의 결과는 원반 환경이 존재하는 한 저질량 천체가 행성계를 형성할 수 있음을 암시하는가?

주요 결과

• 트라페지움 별단의 냉각된 항성 후보자들 중 약 65% ± 15%가 JHK 색-색도도에서 적외선 과잉을 보이며, 주변행성원반 존재를 나타낸다.
• 붕괴도가 낮은 소스들(A_V ≤ 5)으로 제한할 경우, 원반 비율은 77%로 증가한다(74개 소스 중 57개), 필드 별들에 의한 오염이 감소한다.
• 냉각된 항성 후보자들 사이의 원반 빈도는 수소 연소 한계를 초과하는 주계열 전 전이 별들에서 관측된 것과 유사하여 질량 함수 전반에 걸친 원반 존재의 연속성을 시사한다.
• 특히 붕괴도가 낮은 표본에서의 높은 원반 빈도는 냉각된 항성이 개별 구름 조각의 붕괴를 통해 형성되며, 별계에서의 탈출을 통한 형성과는 다름을 지지한다.
• 결과적으로, 저질량 천체조차도 주변행성원반이 존재한다면 행성 동반체 형성의 가능성이 있음을 암시한다.
• 이 연구는 JHK 광도 측정이 원반 탐지에 한계를 지닌다는 점을 부각하며, 더 긴 파장(예: L-대역) 관측이 더 높은 원반 빈도를 드러내므로 현재 표본에서의 원반 빈도가 과소평가되고 있음을 시사한다.