[논문 리뷰] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). V. Radial and Rotational Velocities of T Dwarfs from Keck/NIRSPEC High-Resolution Spectroscopy

Chih-Chun Hsu, Adam J. Burgasser외 8명|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 02.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 331인용 수 53

한 줄 요약

이 연구는 Keck/NIRSPEC 분광법를 사용하여 37개의 T형 백색왜성에 대해 고정밀 도약 속도와 회전 속도를 제시하며, 중앙 정밀도는 각각 0.5 km s⁻¹ 및 0.9 km s⁻¹이다. 지역 T형 백색왜성의 운동학적 연령은 3.5 ± 0.3 Gyr로 추정되며, 이는 늦은 M형 백색왜성과 일치한다. 이전의 연령 이상 현상 문제를 해결하기 위해 두꺼운 디스크에 속한 L형 백색왜성이 연령 추정치를 왜곡하고 있음을 밝혀내었으며, 표준 가정을 사용한 인구 시뮬레이션 모델이 관측된 운동학을 정확히 재현함을 확인하였다.

ABSTRACT

We report multi-epoch radial velocities, rotational velocities, and atmospheric parameters for 37 T-type brown dwarfs observed with Keck/NIRSPEC. Using a Markov Chain Monte Carlo forward-modeling method, we achieve median precisions of 0.5 km s$^{-1}$ and 0.9 km s$^{-1}$ for radial and rotational velocities, respectively. All of the T dwarfs in our sample are thin disk brown dwarfs. We confirm previously reported moving group associations for four T dwarfs. However, the lack of spectral indicators of youth in two of these sources suggests that these are chance alignments. We confirm two previously un-resolved binary candidates, the T0+T4.5 2MASS J11061197+2754225 and the L7+T3.5 2MASS J21265916+7617440, with orbital periods of 4 yr and 12 yr, respectively. We find a kinematic age of 3.5$\pm$0.3 Gyr for local T dwarfs, consistent with nearby late-M dwarfs (4.1$\pm$0.3 Gyr). Removal of thick disk L dwarfs in the local ultracool dwarf sample gives a similar age for L dwarfs (4.2$\pm$0.3 Gyr), largely resolving the local L dwarf age anomaly. The kinematic ages of local late-M, L, and T dwarfs can be accurately reproduced with population simulations incorporating standard assumptions of the mass function, star formation rate, and brown dwarf evolutionary models. A kinematic dispersion break is found at the L4$-$L6 subtypes, likely reflecting the terminus of the stellar Main Sequence. We provide a compilation of precise radial velocities for 172 late-M, L, and T dwarfs within $\sim$20 pc of the Sun.

연구 동기 및 목표

• 지역 T형 백색왜성 샘플에 대해 정밀한 도약 속도와 회전 속도를 측정하여 운동학적 특성을 평가하기.
• 지역 T형 백색왜성의 운동학적 연령을 결정하고 늦은 M형 및 L형 백색왜성과 비교하여 초저온 백색왜성 인구에서의 연령 이상 현상을 해결하기.
• L형 백색왜성의 예측된 연령과 관측된 연령 사이의 괴리 원인이 표본 편향, 진화 모델, 또는 형성 역사에 기인하는지 테스트하기.
• 주기적인 도약 속도 변화를 통해 T형 백색왜성 내 이중성 시스템을 식별하고 확인하기.
• 태양으로부터 20 pc 이내의 172개의 늦은 M형, L형, T형 백색왜성에 대해 고정밀 도약 속도 목록을 편찬하기.

제안 방법

• Keck/NIRSPEC를 사용한 고해상도 근적외선 분광법를 통해 37개의 T형 백색왜성의 도약 속도와 회전 속도를 확보하기.
• 고정밀 도약 속도와 회전 속도를 도출하기 위해 마르코프 체인 몬테카를로(MCMC) 정방향 모델링 기법을 적용하기.
• Aumer & Binney(2009)의 운동학적 연령 관계를 적용하여 속도 분산으로부터 연령 추정하기.
• 별 형성률, 질량 함수, 백색왜성 진화 모델을 포함한 인구 합성 모델과 관측된 운동학적 분산을 비교하기.
• 다중 에포크 관측 자료를 기반으로 주기적인 도약 속도 변화를 통해 이중성 후보를 식별하고 궤도 해를 도출하기.
• 172개의 늦은 M형, L형, T형 백색왜성에 대해 정밀한 도약 속도를 편찬하며, 신규 측정치와 문헌 자료를 포함하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지역 T형 백색왜성의 운동학적 연령은 얼마이며, 늦은 M형 및 L형 백색왜성과 비교해 볼 때 어떻게 다른가?
• RQ2 왜 관측된 L형 백색왜성의 운동학적 연령은 인구 시뮬레이션에서 예측한 바에 비해 더 어린 것으로 나타나는가? (L형 백색왜성이 늦은 M형 백색왜성보다 어린 것으로 예측됨)
• RQ3 고정밀 도약 속도 측정치가 지역 초저온 백색왜성 인구의 연령 이상 현상을 해결할 수 있는가?
• RQ4 어느 T형 백색왜성이 이동 군집 또는 이중성 시스템에 속해 있으며, 궤도 파rameters는 무엇인가?
• RQ5 별 형성, 질량 함수, 진화 모델의 표준 가정을 포함한 인구 시뮬레이션은 늦은 M형, L형, T형 백색왜성의 관측된 운동학을 정확히 재현하는가?

주요 결과

• 지역 T형 백색왜성의 운동학적 연령은 3.5 ± 0.3 Gyr이며, 근처의 늦은 M형 백색왜성(4.1 ± 0.3 Gyr)과 일치한다.
• 두꺼운 디스크에 속한 L형 백색왜성을 지역 샘플에서 제거함으로써 L형 백색왜성의 연령 이상 현상이 해결되었으며, L형 백색왜성의 일관된 연령 4.2 ± 0.3 Gyr이 도출되었다.
• L4–L6 하위형에서 운동학적 분산의 변화점이 확인되었으며, 이는 일반적으로 주계열의 끝을 나타내는 것으로 보인다.
• 이전에 해결되지 않은 이중성 후보 두 개—2MASS J11061197+2754225 (T0+T4.5, 4년 궤도) 및 2MASS J21265916+7617440 (L7+T3.5, 12년 궤도)—가 궤도 해를 통해 확인되었다.
• 모든 T형 백색왜성 샘플은 두꺼운 디스크 또는 허브에 속하지 않는 것으로 확인되었으며, 이는 얇은 디스크 물체임을 뒷받침한다.
• 20 pc 이내의 172개의 늦은 M형, L형, T형 백색왜성에 대한 정밀 도약 속도가 포함된 편찬 자료는 고정밀 도약 속도 데이터베이스를 크게 확장하였다.