[논문 리뷰] Finding proto-spectroscopic binaries: Precise multi-epoch radial velocities of 7 protostars in rho-Ophiuchus

P. Viana Almeida, C. Melo외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 12. 29.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 64인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 VLT의 CRIRES를 사용하여 ρ Ophiuchus 성성 영역의 7개의 원시은하에 대해 고정밀 근적외선 스펙트로스코픽 조사 결과를 제시한다. 이는 0.02–1.22 km s⁻¹의 정밀도로 도플러 속도를 측정한 것으로, 세 개의 천체에서 뚜렷한 도플러 속도 변화(4–6 km s⁻¹)를 관측하여 원시이중성계의 가능성을 제기하며, 원시은하 연령에서 다중성의 흔함을 시사한다. 이로 인해 초도 이중성 비율은 약 71%로 추정된다.

ABSTRACT

The formation of spectroscopic binaries (SB) may be a natural byproduct of star formation. The early dynamical evolution of multiple stellar systems after the initial fragmentation of molecular clouds leaves characteristic imprints on the properties of young, multiple stars. The discovery and the characterization of the youngest SB will allow us to infer the mechanisms and timescales involved in their formation. Our work aims to find spectroscopic companions around young stellar objects (YSO). We present a near-IR high-resolution (R ~ 60000) multi-epoch radial velocity survey of 7 YSO in the star forming region (SFR) rho-Ophiuchus. The radial velocities of each source were derived using a two-dimensional cross-correlation function, using the zero-point established by the Earth's atmosphere as reference. More than 14 spectral lines in the CO (0-2) bandhead window were used in the cross-correlation against LTE atmospheric models to compute the final results. We found that the spectra of the protostars in our sample agree well with the predicted stellar photospheric profiles, indicating that the radial velocities derived are indeed of stellar nature. Three of the targets analyzed exhibit large radial velocity variations during the three observation epochs. These objects - pending further confirmation and orbital characteristics - may become the first evidence for proto-spectroscopic binaries, and will provide important constraints on their formation. Our preliminary binary fraction (BF) of ~71% (when merging our results with those of previous studies) is in line with the notion that multiplicity is very high at young ages and therefore a byproduct of star formation

연구 동기 및 목표

• ρ Ophiuchus 성성 영역의 가장 어린 알려진 원시은하 주위에 스펙트로스코픽 연성체를 탐지하기 위해.
• 클래스 I/II 원시은하에 대해 근적외선 영역에서 사상 이상의 정밀도로 도플러 속도를 측정하기 위해.
• 스펙트로스코픽 이중성계가 주계열 별에 도달하기 이전의 별 형성 초기 단계에서 형성되는지 조사하기 위해.
• 내재된 원시은하 단계 동안 다중성계의 형성에 영향을 미치는 천체역학적 진화의 역할을 평가하기 위해.
• 초기 단계의 스펙트로스코픽 이중성을 식별하여 다중계의 형성 스케일과 메커니즘을 제약하기 위해.

제안 방법

• 해상도 R ~ 60,000인 VLT/UT1의 CRIRES 기구를 사용하여 다중 에포크 근적외선 스펙트로스코피를 수행하였다.
• 지구 대기를 고정점 기준으로 사용하여 도플러 속도를 유도하기 위해 이차원 교차상관함수(2D-XCF)를 적용하였다.
• CO Δν = (0–2) 밴드헤드 영역의 열역학적 평형 대기 모델과 관측 스펙트럼을 교차상관하여 14개 이상의 스펙트럼 선을 사용하였다.
• 대기 흡수 특성을 안정적인 기준 프레임으로 사용하여 도플러 속도 측정값을 보정하였다.
• 세 개의 관측 에포크 동안 도플러 속도의 안정성과 변동성을 평가하여 궤도 운동을 식별하였다.
• 이전의 영상 조사 결과와 결합하여 샘플의 총 이중성 비율을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고정밀 도플러 속도 측정을 통해 임베디드 원시은하에서 AU 이하의 간격을 가진 연성체를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 ρ Ophiuchus 영역의 클래스 I/II 원시은하에서 스펙트로스코픽 이중성계의 빈도는 얼마인가?
• RQ3 젊은 원시은하의 도플러 속도 변화는 초기 별 형성 기간에 형성된 밀접한 이중성계의 존재를 시사하는가?
• RQ4 원시은하에서 관측된 다중성 비율은 주계열 별의 다중성 비율과 비교해 볼 때 어떤 의미를 가지며, 이는 형성 메커니즘에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 세 번째 천체의 존재가 젊은 다중계에서 내부 이중성계의 천체역학적 진화를 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 7개의 원시은하 중 세 개(L1689NO2, IRS34, VSSG18)에서 세 에포크 동안 도플러 속도 변화가 4–6 km s⁻¹로 관측되어 잠재적인 스펙트로스코픽 이중성계를 시사한다.
• 확보된 도플러 속도 정밀도는 0.02에서 1.22 km s⁻¹ 사이로, 이는 근접한 거리에서 행성 질량의 연성체를 탐지할 수 있도록 한다.
• 유도된 도플러 속도는 별 대기의 표면 프로파일과 일치하여 측정값이 별 기원임을 확인한다.
• 이전 영상 조사 결과와 결합한 결과, 샘플의 초도 이중성 비율은 약 71%로 추정되며, 이는 원시은하 연령에서 높은 다중성 비율을 시사한다.
• 시각적으로 연성체가 보이지 않는 스펙트로스코픽 이중성 후보(VSSG18)를 발견하여, 스펙트로스코픽 이중성계가 넓은 시각 이중성계 형성 이전 또는 별개로 형성될 수 있음을 시사한다.
• 결과는 천체역학적 진화, 특히 Kozai 사이클을 통해 제3의 천체에 의해 유도될 수 있는 진화가 클래스 I/II 단계(~10⁵년)에서 이미 활성화되어 있을 수 있음을 지지한다.