[논문 리뷰] Spectroscopy of Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs in the Lambda Orionis Star Forming Region. I. Enlarging the census down to the planetary mass domain in Collinder 69

A. Bayo, D. Barrado외 8명|arXiv (Cornell University)|2011. 09. 22.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 71인용 수 52

한 줄 요약

이 연구는 라미다 오리온스 성성영역의 콜린더 69 별단에서 매우 낮은 질량의 별과 브라운 왜성에 대한 가장 완전한 스펙트럼적으로 확인된 인벤토리(총합)를 제공한다. 적외선 및 가시광선 스펙트럼을 활용하여 질량 0.016 M⊙ (~16.5 MJup)까지의 구성원을 식별하였다. 0.016에서 20 M⊙의 범위에서 신뢰할 수 있는 초기 질량 함수(IMF)를 수립하였으며, 이 환경에서 브라운 왜성의 탄생 메커니즘에 도전하는 공간 분포 패턴을 발견하였다.

ABSTRACT

Whilst there is a generally accepted evolutionary scheme for the formation of low-mass stars, the analogous processes when moving down in mass to the brown dwarfs regime are not yet well understood. In this first paper we try to build the most complete and unbiased spectroscopically confirmed census of the population of Collinder 69, the central cluster of the Lambda Orionis star forming region, as a first step in addressing the question of how brown dwarfs and planetary mass objects form. We have studied age dependent features in optical and near-infrared spectra of candidate members to the cluster (such as alkali lines and accretion associated indicators). In addition, we have complemented that study with the analysis of other youth indicators like X-ray emission or mid-infrared excess. We have confirmed the membership to Collinder 69 of \sim90 photometric candidate members. As a byproduct we have determined a temperature scale for young M, very low-mass stars and brown dwarfs. We have assembled one of the most complete Initial Mass Functions from 0.016 to 20 M\odot. And, finally, we have studied the implications of the spatial distribution of the confirmed members on the proposed mechanisms of brown dwarfs formation.

연구 동기 및 목표

• 콜린더 69 별단에서 매우 낮은 질량의 별과 브라운 왜성에 대한 가장 완전하고 편향이 없는 스펙트럼적 확인된 인벤토리 수립.
• 스펙트럼적으로 확인된 구성원들을 이용하여 0.016 M⊙에서 20 M⊙까지의 初기 질량 함수(IMF) 결정.
• 스펙트럼적으로 확인된 구성원의 공간 분포 분석을 통해 브라운 왜성의 탄생 메커니즘 평가.
• 스펙트럼 특징을 기반으로 젊은 M형 별, 매우 낮은 질량의 별, 브라운 왜성의 온도 척도 수립.
• 별단의 공간 구조를 고려하여 브라운 왜성의 탄생 메커니즘 중 '탄도 탄생' 시나리오의 타당성 평가.

제안 방법

• 케크, VLT, 마젤란, 스바라우 등 여러 천체망원경을 사용하여 약 170명의 후보 구성원의 가시광선 및 적외선 스펙트럼 확보.
• 청소선과 물질 유입 지표(예: Hα 복사)를 청소 지표로 삼아 별단 구성원 여부 확인.
• CFHT, XMM-뉴턴, IRAC의 광도 데이터를 스펙트럼 결과와 융합하여 구성원 여부를 상호 확인하고 물리적 파rameter 유도.
• Basri 등(2000)의 온도 척도와 분자 흡수 밴드 기반의 스펙트럼 유형 분류 적용.
• 효과 온도와 볼로메트릭 빛의 세기 기반으로 5 Myr 복합 이소클론(시에스 + 콘드)을 사용해 질량 계산.
• 각 천체에 대해 3개의 독립된 질량 추정치와 두 개의 공간 영역(엑스엠엠, CFHT, IRAC 겹침 영역 및 전체 CFHT 영역)을 활용해 IMF 수립.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 콜린더 69 별단에서 매우 낮은 질량의 별과 브라운 왜성에 대한 가장 완전하고 편향이 없는 스펙트럼적 확인된 인벤토리의 규모는 무엇인가?
• RQ2 스펙트럼적으로 확인된 구성원들로부터 유도된 初기 질량 함수(IMF)는 유사 연령의 젊은 연합(예: NGC6611)에서의 광도 기반 IMF와 어떻게 비교되는가?
• RQ3 확인된 구성원의 공간 분포는 브라운 왜성의 탄생 메커니즘에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ4 청소선과 Hα 복사와 같은 청소 지표는 행성 질량 천체에서 물질 유입과 활동성을 얼마나 잘 지지하는가?
• RQ5 공간 및 질량 분포 데이터를 바탕으로 콜린더 69 환경에서 브라운 왜성의 탄도 탄생 시나리오는 얼마나 타당한가?

주요 결과

• 연구진은 청소 지표인 청소선과 Hα 복사와 같은 스펙트럼적 청소 지표를 활용해 콜린더 69의 90명의 광도 후보 구성원을 확인하였으며, 추가로 9명의 가능성이 있는 구성원을 식별하였다.
• 젊은 M형 별, 매우 낮은 질량의 별, 브라운 왜성의 온도 척도를 수립하였으며, 스펙트럼 유형 L0–L2는 약 2000 K의 효과 온도에 해당한다.
• 유도된 초기 질량 함수(IMF)는 0.016 M⊙에서 20 M⊙까지 범위를 포함하여, 젊은 연합에서 스펙트럼적으로 확인된 가장 완전한 IMF 중 하나이다.
• 스펙트럼적으로 확인된 구성원들로부터 유도된 IMF는 유사 연령의 젊은 연합(예: NGC6611)에서의 광도 기반 IMF와 유의미한 차이가 없음을 보여, 스펙트럼적 인벤토리의 신뢰성을 뒷받침한다.
• 확인된 구성원의 공간 분포는 브라운 왜성 탄생의 순수한 탄도 시나리오와 부합하지 않으며, 이 지역에서는 현지에서의 탄생이 더 타당할 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 이 조사에서는 0.016 M⊙ (~16.5 MJup)까지의 완전성에 도달하였으며, 이는 본 연구에서 확인된 별단 구성원의 최저 질량 한계에 해당한다.