[논문 리뷰] High resolution spectroscopy of Brown Dwarfs in Taurus: Detection of accretion in KPNO Tau 3

D. Barrado|ArXiv.org|2004. 03. 12.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 48인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 타우루스-오리가 성성 영역의 세 개의 고질량 브라운 왜성에 대한 고해상도 광학 스펙트로스코피를 제시하며, KPNO Tau 3에서 넓고 비대칭적인 Hα 선형과 리튬 탐지로 활성적인 수축이 확인된다. 결과는 이 물체들이 주계열 이전 멤버이며 질량이 부하성 한계 근처임을 시사하며, 저질량 별과 유사한 구름 붕괴 및 분열을 통한 형성 메커니즘을 지지한다. 이는 행성 유사한 과정이 아닌 별 유사 형성임을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We present high resolution optical spectroscopy of three candidate members of the Taurus-Auriga star forming region. Based on the spectral type, the strength, profile and width of the H(alpha) line, the detected lithium at 6708 angstrom, the location of these objects in a H-R diagram and the comparison with similar objects belonging to young stellar associations, we determine that they are bona fide members of the SFR, with about ~3 Myr, have masses at or below the substellar limit and, at least in one case, there is active accretion from a circum(sub)stellar disk. This result suggests that high mass brown dwarfs go through a Classical TTauri phase and form like stars, from colapse and fragmentation of a molecular cloud.

연구 동기 및 목표

• 타우루스-오리가 성성 영역 내 세 개의 후보 브라운 왜성의 소속 관계와 물리적 성질을 규명하는 것.
• 고해상도 스펙트로스코피를 활용해 고질량 브라운 왜성에서 수축의 징후가 존재하는지 조사하는 것.
• 수축, 리튬 농도 및 스펙트럼 특성 분석을 통해 브라운 왜성의 형성 메커니즘을 평가하는 것.
• 리튬 소진과 허츠프루ング-라수스스키 다이어그램 상의 위치를 이용해 대상의 나이와 질량을 제약하는 것.
• 고질량 브라운 왜성이 클래식한 T 타우리 스펙트럼 단계를 겪는지 평가하는 것 — 이는 별 유사 형성의 증거가 된다.

제안 방법

• 6.5m 매갈렌 I 망원경에 장착된 MIKE 에클렌 스펙트로그래프를 사용해 고해상도 스펙트럼(R ≈ 25,000)을 확보하였다.
• Hα 선의 너비와 등가폭, HeI 6678 Å, LiI 6707.8 Å 등의 스펙트럼 특징을 분석하여 수축과 청소년기 상태를 평가하였다.
• 관측된 스펙트럼을 스펙트럼 템플릿과 진화 모델(Baraffe 등 1998)과 비교하여 스펙트럼 유형과 효율 온도를 유도하였다.
• 리튬 등가폭을 사용해 나이와 주계열 이전 상태를 추정하였으며, 알려진 리튬 소진 시간 스케일을 활용하였다.
• Ic, J, H, Ks 대역의 광도 측정치와 Briceño 등(2002)의 저해상도 데이터를 비교하여 결과를 교차 검증하였다.
• 젊은 산개군의 활동 포화 수준 기반 통계 기준을 적용해 수축 여부를 판단하였다. (Hα 너비 ≥200 km/s 및 활동 포화 수준 기준)

실험 결과

연구 질문

• RQ1 타우루스의 고질량 브라운 왜성은 원환(하위)별 디스크에서 지속적인 수축의 스펙트럼 징후를 보이는가?
• RQ2 이 물체들에서의 리튬 농도는 타우루스-오리가 성성 영역의 예상 연령인 약 3 Myr의 주계열 이전 상태와 일치하는가?
• RQ3 이 물체들의 스펙트럼 유형, 빛의 강도 및 효율 온도는 부하성 물체의 진화 모델과 일치하는가?
• RQ4 타우루스의 고질량 브라운 왜성 중 수축을 보이는 비율은 얼마이며, 저질량 별과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 이 물체들에서 수축과 리튬 소진의 존재는 별 유사 형성과 행성 유사 형성 메커니즘을 구별하는 데 사용될 수 있는가?

주요 결과

• KPNO Tau 3는 너비 310 km/s인 넓고 비대칭적인 Hα 선형을 보이며 활성적인 수축을 나타내며, Hα 등가폭은 81.4 ± 5.7 Å이다.
• KPNO-Tau-05와 KPNO-Tau-08에서 6707.8 Å에서 리튬이 탐지되었으며, 등가폭은 각각 0.60 Å와 0.78 Å로, 주계열 이전 상태와 나이 ≤30 Myr를 확인한다.
• KPNO-Tau-03는 약한 리튬 특징과 수축과 일치하는 Hα 발광을 보이며, 신호 대 잡음비가 낮아도 소속 관계와 청소년기 상태를 지지한다.
• 유도된 질량은 KPNO-Tau-03과 KPNO-Tau-08에서 약 0.07 M⊙, KPNO-Tau-05에서 약 0.06 M⊙로, 부하성 한계 근처에 위치한다.
• 타우루스의 고질량 브라운 왜성 중 수축을 보이는 비율은 최소 11명 중 1명(약 9%)이며, KPNO-Tau-03에서 명백한 수축 사례가 확인된다.
• KPNO-Tau-03에서 HeI 6678 Å 선에서 3.5 Å의 발광이 탐지되었고, 다른 물체들에서도 가능성이 있는 발광이 관측되었으며, 이는 수축을 지지하지만, 금속선이나 적외선 과잉이 모두 나타나지는 않았다.