[논문 리뷰] HD 77407 and GJ 577: two new young stellar binaries detected with the Calar Alto Adaptive Optics system ALFA

M. Mugrauer, R. Neuhäuser외 10명|ArXiv.org|2004. 02. 04.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 32인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 칼라호 3.5m 망원경의 ALFA 적응 광학 시스템을 사용한 고해상도 적외선 영상으로, HD 77407 B와 GJ 577 B라는 두 개의 젊은 별 이중성 시스템을 발견하였다. 이 이중성들은 공동 운동과 분광학적 분석을 통해 확인되었으며, 질량은 각각 약 0.3–0.5 M☉와 약 0.16–0.2 M☉이며, 진화 모델에 기반해 연령은 각각 약 10–40 Myr와 >100 Myr로 추정되었다.

ABSTRACT

We present the first results from our search for close stellar and sub-stellar companions to young nearby stars on the northern sky. Our infrared imaging observations are obtained with the 3.5 m Calar Alto telescope and the AO system ALFA. With two epoch observations which were separated by about one year, we found two co-moving companion candidates, one close to HD 77407 and one close to GJ 577. For the companion candidate near GJ 577, we obtained an optical spectrum showing spectral type M4.5; this candidate is a bound low-mass stellar companion confirmed by both proper motion and spectroscopy. We estimate the masses for HD 77407 B and GJ 577 B to be ~0.3 to 0.5 Msun and ~0.16 to 0.2 Msun, respectively. Compared to Siess al.(2000) models, each of the two pairs appears co-eval with HD 77407 A,B being 10 to 40 Myrs old and GJ 577 A,B being older than 100 Myrs. We also took multi-epoch high-resolution spectra of HD 77407 to search for sub-stellar companions, but did not find any with 3 Mjup as upper mass (msin(i)) limit (for up to 4 year orbits); however, we detected a long-term radial velocity trend in HD 77407 A, consistent with a ~ 0.3 Msun companion at ~ 50 AU separation, i.e. the one detected by the imaging. Hence, HD 77407 B is confirmed to be a bound companion to HD 77407 A. We also present limits for undetected, but detectable companions using a deep image of HD 77407 A and B, also observed with the Keck NIRC2 AO system; any brown dwarfs were detectable outside of 0.5 arcsec (17 AU at HD 77407), giant planets with masses from ~ 6.5 to 12 Mjup were detectable at > 1.5 arcsec.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 적외선 영상으로 천구 북반구의 젊고 근접한 별 주변의 가까운 별 및 준별성 별 이중성을 탐지하기 위해.
• 공동 운동과 분광학적 분석을 통해 유사한 별 이중성을 확인하고 식별하기 위해.
• 진화 모델을 사용하여 새로 발견된 이중성 시스템의 연령과 질량을 추정하기 위해.
• ALFA와 Keck NIRC2 AO 데이터를 사용하여 탐지되지 않은 별 이중성의 동적 범위 한계를 설정하기 위해.
• 영상 감도를 기반으로 젊은 별 주변의 갈색왜성과 기상행성의 탐지 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 3.5m 칼라호 망원경에 장착된 ALFA 적응 광학 시스템을 사용하여 J, H, K 대역에서 깊은 적외선 영상 촬영을 수행하였다.
• 약 1년 간격의 이중 시점 관측을 통해 공동 운동 후보를 식별하였다.
• GJ 577 이중성의 광학 분광학적 측정을 통해 스펙트럼 유형이 M4.5임을 확인하여 그 유사성과 함께 유사한 별 이중성임을 입증하였다.
• HD 77407의 라디얼 속도 모니터링을 수행하여 먼 이중성의 장기적 경향을 탐지하였다.
• 다중 시점 고해상도 스펙트럼을 분석하여 최소 질량이 3 M_Jup까지 가능한 준별성 이중성을 탐색하였다.
• ALFA와 Keck NIRC2 AO의 영상 데이터를 비교하여 magnitude 차이 대비 분리 거리에 따른 동적 범위 한계를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 적응 광학 영상으로 탐지 가능한 젊고 근접한 별 이중성은 천구 북반구에 존재하는가?
• RQ2 공동 운동 후보는 정확한 운동과 분광학적 분석을 통해 유사한 별 이중성로 확인될 수 있는가?
• RQ3 진화 모델에 기반해 새로 발견된 이중성의 질량과 연령 추정치는 무엇인가?
• RQ4 젊은 별 주변의 갈색왜성과 기상행성 탐지에 대한 감도 한계는 무엇인가?
• RQ5 ALFA와 Keck NIRC2 AO 시스템 간의 희미한 이중성 탐지 동적 범위는 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• HD 77407 B는 라디얼 속도 경향과 공동 운동으로 확인된 유사한 별 이중성으로, 질량은 약 0.3–0.5 M☉이며 연령은 약 10–40 Myr로 추정된다.
• GJ 577 B는 질량이 약 0.16–0.2 M☉이며 스펙트럼 유형이 M4.5인 저질량 별 이중성로서 분광학적 분석과 운동량으로 확인되었다.
• HD 77407 A/B 시스템은 Siess 등(2000)의 모델에 기반해 약 10–40 Myr의 공통 연령을 가진 것으로 추정되며, GJ 577 A/B 시스템은 약 >100 Myr의 더 오래된 연령을 가진 것으로 나타났다.
• ALFA를 사용하여 0.5 arcsec 분리 거리(17 AU)에서 ΔH = 9 mag의 동적 범위를 확보하였으며, 이는 0.5 arcsec 외부에서 갈색왜성을 탐지할 수 있음을 의미한다.
• 1.5 arcsec 이상의 거리(50 AU)에서는 ΔH = 12 mag에 도달하였고, 질량이 약 6.5에서 12 M_Jup인 기상행성이 탐지 가능하였다.
• HD 77407 A의 궤도에서 최대 4년 이내로는 m sin i ≤ 3 M_Jup인 준별성 이중성은 탐지되지 않았으며, 이는 약 50 AU 거리에 0.3 M☉의 이중성이 존재하는 것과 일치한다.