[논문 리뷰] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). II. Details on Nine Wide Common Proper Motion Very Low-Mass Companions to Nearby Stars

Jacqueline K. Faherty, Adam J. Burgasser외 5명|arXiv (Cornell University)|2009. 11. 06.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 205인용 수 118

한 줄 요약

이 논문은 주변 별 주위에 매우 낮은 질량의 동반성체(M, L, 또는 T 초거친 항성)를 가진 아홉 개인 넓은 범위의 공통 운동계열 시스템을 제시하며, 이 중 세 개는 새로운 시스템이다. 주성과 보조성의 나이 진단을 통해 연도가 제약된 벤치마크 시스템을 확인한다—특히 0.5–1.5 Gyr의 M3+T6.5 쌍과 더불어 나이가 더 드문 M4+L0 쌍에서 보조성에서 Hα 활성이 관측된 바 있다. 그러나 이러한 나이 추정치 사이에 모순이 드러나 현재 저질량 항성 및 초거친 항성의 진화 모델에 도전하는 바를 보여준다.

ABSTRACT

We report on nine wide common proper motion systems containing late-type M, L, or T companions. We confirm six previously reported companions, and identify three new systems. The ages of these systems are determined using diagnostics for both stellar primaries and low--mass secondaries and masses for the secondaries are inferred using evolutionary models. Of our three new discoveries, the M3+T6.5 pair G 204-39 and SDSS J1758+4633 has an age constrained to 0.5-1.5 Gyr making the secondary a potentially useful brown dwarf benchmark. The G5+L4 pair G 200-28 and SDSS J1416+5006 has a projected separation of ~25,000 AU making it one of the widest and lowest binding energy systems known to date. The system containing NLTT 2274 and SDSS J0041+1341 is an older M4+L0 (>4.5 Gyr) pair which shows Halpha activity in the secondary but not the primary making it a useful tracer of age/mass/activity trends. We find a resolved binary frequency for widely-separated (> 100 AU) low--mass companions (i.e. at least a triple system) which is at least twice the frequency found for the field ultracool dwarf population. The ratio of triples to binaries and quadruples to binaries is also high for this sample: 3:5 and 1:4, respectively, compared to 8-parsec sample values of 1:4 and 1:26. The additional components in these wide companion systems indicates a formation mechanism that requires a third or fourth component to maintain gravitational stability or facilitate the exchange of angular momentum. The binding energies for the nine multiples discussed in this text are among the lowest known for wide low-mass systems, suggesting that weakly bound, low--to--intermediate mass (0.2M_sun < M_tot <1.0M_sun) multiples can form and survive to exist in the field (1-8 Gyr).

연구 동기 및 목표

• 근처 별 주위에 매우 낮은 질량의 동반성을 가진 넓은 범위의 공통 운동계열 시스템을 식별하고 특성화하는 것.
• 주성과 초거친 항성 모두에 대해 다양한 지표를 사용하여 이러한 시스템의 나이를 결정하는 것.
• 다양한 방법에서 유도된 결과를 비교함으로써 저질량 항성 및 초거친 항성의 나이 지표의 신뢰성을 평가하는 것.
• 형성 메커니즘을 제약하기 위해 넓은 저질량 시스템의 복합도 빈도와 유인 에너지 분포를 조사하는 것.

제안 방법

• 대규모 하늘 영역에서 공통 운동을 기준으로 공전하는 시스템을 식별하기 위해 주로 이를 사용하였다.
• Hipparcos, LSPM-N, 2MASS, SDSS 등의 여러 조사에서 수집한 천문학적 및 광학적 데이터를 조합하여 후보 동반성을 식별하였다.
• SMARTS, KPNO, MagE, SpeX 망원경을 사용한 분광학적 후속 관측을 통해 스펙트럼 유형, 라디얼 속도, 활성 지표(Hα, Li I)를 결정하였다.
• 볼로메트릭 빛의 세기와 근적외선 광학 측정을 통해 log(Lbol)을 유도하였다.
• R′HK, Hα 등가폭, Li I 흡수를 사용하여 주성과 보조성의 나이를 추정하는 나이 진단을 적용하였다.
• 진화 모델을 적용하여 나이와 빛의 세기를 기반으로 보조성의 질량을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 매우 낮은 질량의 동반성을 가진 넓은 공통 운동계열 시스템의 나이는 무엇이며, 주성과 초거친 항성 보조성 간에 어떻게 비교되는가?
• RQ2 이러한 시스템은 초거친 항성의 나이, 질량, 대기 모델 校정을 위한 벤치마크 시스템으로 사용될 수 있는가?
• RQ3 일부 시스템에서 주성과 보조성 간에 나이 추정치가 상이하게 나타나는 이유는 무엇이며, 이는 현재의 나이 진단 방법에 대한 잠재적 한계를 시사하는가?
• RQ4 저질량 동반성에서 넓은 다중 시스템(삼중, 사중)의 빈도는 얼마이며, 이는 현장 인구와 어떻게 비교되는가?
• RQ5 이러한 넓은 시스템의 유인 에너지는 무엇이며, 형성 및 천체역학적 안정성에 대해 어떤 함의를 지니는가?

주요 결과

• M3+T6.5 쌍 G 204-39와 SDSS J1758+4633는 0.5–1.5 Gyr의 제약된 나이를 가지며, T형 초거친 항성에 대한 유의미한 벤치마크로 가치가 있다.
• G5+L4 쌍 G 200-28과 SDSS J1416+5006는 약 25,000 AU의 투영 거리를 가지며, 알려진 바 중에서 가장 낮은 유인 에너지를 가지며, 약한 결합 시스템임을 시사한다.
• M4+L0 쌍 NLTT 2274와 SDSS J0041+1341는 4.5 Gyr 이상의 나이이며, 보조성에서 Hα 방출이 관측되었지만 주성에서는 관측되지 않아, 나이-질량-활동 관계의 유용한 추적자로 기능한다.
• 세 시스템에서 주성과 보조성 간에 상당한 나이 추정치의 불일치가 나타나, 현재 저질량 항성 및 초거친 항성의 나이 진단 방법에 잠재적 한계가 있음을 시사한다.
• 100 AU 이상 떨어진 동반성의 분리된 이중성 빈도는 현장 초거친 항성 인구의 두 배 이상이며, 삼중대이중 및 사중대이중 비율은 각각 3:5와 1:4로, 8 pc 샘플(1:4 및 1:26)보다 훨씬 높다.
• 아홉 시스템의 총 질량은 0.2에서 1.0 M⊙ 사이이며, 그들의 유인 에너지는 넓은 저질량 시스템 중에서 알려진 바 중 가장 낮은 편에 속한다. 이는 약한 결합 시스템이 1–8 Gyr 동안 현장에서 형성되고 생존할 수 있음을 시사한다.