[논문 리뷰] Search for X-ray emission from bona-fide and candidate brown dwarfs

R. Neuhäuser, César Briceño외 8명|arXiv (Cornell University)|1998. 12. 23.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 3인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 ROSAT 전체천구조사 및 정점 관측을 이용하여 26개의 정식 brown dwarf와 57개의 후보 brown dwarf의 X선 방출을 조사하였으며, 정식 brown dwarf 중 하나(ρ Oph GY 202)와 청소년기 Taurus 후보들(4개: MHO-4, MHO-5, V410 Anon 13, V410 x-ray 3)에서 X선을 검출하였다. 결과는 X선 방출이 주로 청소년기 brown dwarf(<3 Myr)에 국한되어 있음을 시사하며, 펠라이아데스 및 필드 brown dwarf와 같은 노령 물체에서는 감지 가능한 X선 방출이 없음을 보여, X선 활동이 연령에 따라 강하게 의존함을 시사한다.

ABSTRACT

Following the recent classification of the X-ray detected object V410 x-ray 3 with a young brown dwarf candidate (Briceno et al. 1998) and the identification of an X-ray source in Chamaeleon as young bona-fide brown dwarf (Neuhaeuser &amp; Comeron 1998), we investigate all ROSAT All-Sky Survey and archived ROSAT PSPC and HRI pointed observations with bona-fide or candidate brown dwarfs in the field of view with exposure times ranging from 0.13 to 221 ks, including dedicated 64 ks and 42 ks deep ROSAT HRI pointed observations on the low-mass star BRI0021-0214 and the brown dwarf Calar 3, respectively. Out of 26 bona-fide brown dwarfs, one is newly detected in X-rays, namely rho Oph GY 202. Also, four out of 57 brown dwarf candidates studied here are detected in X-rays, namely the young Taurus brown dwarf candidates MHO-4, MHO-5, V410 Anon 13, and V410 x-ray 3. The M9.5-type star BRI0021-0214 is not detected. In the appendix, we also present catalogued, but as yet unnoticed B- and R-band data for some of the objects studied here.

연구 동기 및 목표

• 깊은 ROSAT 관측을 통해 정식 및 후보 brown dwarf가 X선을 방출하는지 확인하기 위해.
• brown dwarf의 X선 광도 함수를 평가하고 다양한 연령대에서의 활동 수준을 제약하기 위해.
• brown dwarf에서 X선 방출이 자전, 연령 또는 대류 역학과 관련이 있는지 조사하기 위해.
• 특히 MACHO 모델의 맥락에서 brown dwarf가 확산 X선 배경에 기여할 가능성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 노출 시간이 0.13에서 221 ks인 ROSAT 전체천구조사 데이터와 압축된 ROSAT PSPC 및 HRI 정점 관측 데이터를 활용하였다.
• BRI 0021−0214와 Calar 3에 대해 각각 64 ks 및 42 ks의 전용 깊은 ROSAT HRI 관측을 실시하였다.
• brown dwarf의 광학/적외선 위치를 USNO-PMM 카탈로그와 교차 비교하여 추가적인 광도적 맥락을 확보하기 위해 B- 및 R-대역 등급을 확보하였다.
• ROSAT X선 데이터에서 소스 추출 및 배경 제거를 통해 X선 검출 유의성 분석을 수행하였다.
• 연령, 질량 및 스펙트럼 유형 기반으로 물체를 분류하였으며, 특히 Taurus, ρ Oph와 같은 청소년기와 펠라이아데스, 필드와 같은 노령 집단을 구분하는 데 중점을 두었다.
• 비교를 위해 X선 광도(L_X)와 볼로메트릭 광도(L_bol)를 계산하여 log(L_X/L_bol)를 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 깊은 ROSAT 관측에서 정식 및 후보 brown dwarf가 감지 가능한 X선을 방출하는가?
• RQ2 이론적 모델에서 제안하는 각운동량 손실 및 대류의 관점에서 brown dwarf의 X선 방출이 연령과 상관이 있는가?
• RQ3 brown dwarf의 X선 광도 함수는 무엇이며, 매우 낮은 질량의 별과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ4 만약 MACHO 군집의 일부일 경우, brown dwarf가 확산 X선 배경에 상당한 기여를 할 수 있는가?
• RQ5 BRI 0021−0214와 같이 고속으로 자전하는 일부 brown dwarf는 높은 자전 활동에도 불구하고 X선에서 검출되지 않는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 정식 brown dwarf 중 하나인 ρ Oph GY 202(log L_bol ≈ -1.84 L☉)가 X선에서 신규로 검출되었으며, log(L_X/L_bol) ≈ -4.1로 나타났다.
• Taurus의 청소년기 후보 4개(MHO-4, MHO-5, V410 Anon 13, V410 x-ray 3)가 X선에서 검출되었으며, 모두 연령 ≤1 Myr로 확인되었다.
• 고속 자전을 보이는 M9.5형 별인 BRI 0021−0214는 X선에서 검출되지 않았으며, 3σ 상한선은 L_X < 1.2 × 10²⁷ erg s⁻¹로 제시되었다.
• 깊은 관측에도 불구하고 펠라이아데스의 brown dwarf들(연령 ~100 Myr)에서는 X선 방출이 검출되지 않아 X선 활동의 강한 연령 의존성을 시사한다.
• 대부분의 정식 및 후보 brown dwarf에 대한 상한선은 후행 별의 일반적인 log(L_X/L_bol) ≈ -4 수준을 배제하지 않지만, 노령 물체에서의 검출 실패는 X선 방출이 연령에 따라 흐려짐을 시사한다.
• 결과는 brown dwarf의 X선 방출이 주로 자전에 의해 유도되지 않으며, 오히려 대류 및 다이너모 효율의 연령 기반 변화에 의해 주로 결정됨을 시사하며, 강한 Hα 및 X선 방출은 청소년기 활성 물체에 국한되어 있음을 나타낸다.