[논문 리뷰] The formation and evolution of binary systems. III. Low-mass binaries in the Praesepe cluster

J. Bouvier, Gaspard Duchêne외 2명|ArXiv.org|2001. 06. 27.

Astrophysics and Star Formation Studies참고 문헌 41인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 고해상도 적응 광학 영상 기반으로 700 Myr된 프라세페 산개성단의 149개 저질량(G 및 K형) 항성의 이중성 분포를 조사한다. 궤도 주기가 4.4에서 6.9 log(일) 사이인 경우 이중성 빈도는 25.3 ± 5.4%로 나타나며, 이는 현장 G형 주계류 항성과 통계적으로 구별되지 않으며, 산개성단 수명 동안 장기 주기 이중성 비율에 명백한 진화가 없다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

With the aim of investigating the binary population of the 700 Myr old Praesepe cluster, we have observed 149 G and K-type cluster members using adaptive optics. We detected 26 binary systems with an angular separation ranging from less than 0.08 to 3.3 arcsec (15-600 AU). After correcting for detection biases, we derive a binary frequency (BF) in the logP (days) range from 4.4 to 6.9 of 25.3 +/- 5.4%, which is similar to that of field G-type dwarfs (23.8%, Duquennoy & Mayor 1991). This result, complemented by similar ones obtained for the 2 Myr old star forming cluster IC 348 (Paper II) and the 120 Myr old Pleiades open cluster (Paper I), indicates that the fraction of long-period binaries does not significantly evolve over the lifetime of galactic open clusters. We compare the distribution of cluster binaries to the binary populations of star forming regions, most notably Orion and Taurus, to critically review current ideas regarding the binary formation process. We conclude that it is still unclear whether the lower binary fraction observed in young clusters compared to T associations is purely the result of the early dynamical disruption of primordial binaries in dense clusters or whether it reflects intrinsically different modes of star formation in clusters and associations. We also note that if Taurus binaries result from the dynamical decay of small-N protostellar aggregates, one would predict the existence of a yet to be found dispersed population of mostly single substellar objects in the Taurus cloud.

연구 동기 및 목표

• 700 Myr된 프라세페 산개성단 내 저질량 항성의 이중성 빈도와 특성을 규명하는 것.
• 산개성단의 이중성 인구가 현장 항성과 청소년기 별 형성 영역과 비교해 시간에 따라 진화하는지 평가하는 것.
• 타우루스, 오리온 등 일부 성단 및 연합체와의 이중성 빈도 차이가 환경적 영향인지, 또는 본질적인 별 형성 방식의 차이인지 테스트하는 것.
• 관측된 이중성 통계가 천체역학적 진화인지, 또는 초기 형성 과정에 의해 결정되는지 조사하는 것.
• 원시별 집합의 역학이 관측된 이중성 및 저질량 항성 인구를 어떻게 형성하는지 평가하는 것.

제안 방법

• 캐나다-프랑스-하와이 천체망원경를 사용해 149개의 G형 및 K형 프라세페 성단 구성 항성의 고각해상도 적응 광학 영상을 확보하였다.
• 각도 간격이 <0.08에서 3.3 arcsec(15–600 AU)인 범위에서의 분리 거리에 기반해 이중성 시스템을 식별하고, 운동량 및 광도 데이터를 통해 기존 성단 구성원과 매칭하였다.
• 로그 P 범위 4.4–6.9 내에서 진정한 이중성 빈도를 도출하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 사용해 탐지 편향을 보정하였다.
• 결과로 도출된 이중성 빈도와 분포를 Duquennoy & Mayor (1991)의 현장 항성, Paper I의 펠리아데스, Paper II의 IC 348와 비교하였다.
• 관측된 이중성 통계가 별 형성 이론, 특히 밀도 높은 성단에서의 천체역학적 붕괴와 흩어진 연안에서의 초기 형성 과정에 미치는 영향을 분석하였다.
• 만약 타우루스의 이중성 인구가 소규모 N의 원시별 집합의 천체역학적 붕괴에서 기인한다면, 타우루스 성운에 존재할 수 있는 아직 탐지되지 않은 산산이 흩어진 단일 저질량 항성의 존재 가능성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 700 Myr된 프라세페 성단 내 저질량 항성의 이중성 빈도가 현장 G형 주계류 항성과 유의미하게 다를까?
• RQ2 산개성단 내 장기 주기 이중성 비율은 시간이 지남에 따라 안정적인가, 아니면 수명 동안 진화하는가?
• RQ3 타우루스와 오리온 간의 이중성 빈도 차이가 환경적 영향인지, 또는 별 형성 방식의 본질적 차이인지 어느 정도 반영하는가?
• RQ4 타우루스에서의 높은 이중성 빈도는 소규모 N의 원시별 집합의 천체역학적 붕괴로 설명될 수 있으며, 이는 미탐지된 단일 저질량 항성의 존재를 의미하는가?
• RQ5 산개성단 내 저질량 이중성의 특성은 별 형성 영역 내 이중성과 어떻게 비교되는가? 이러한 비교는 초기 형성 과정에 대해 무엇을 드러내는가?

주요 결과

• 궤도 주기가 4.4에서 6.9 log(일) 사이인 프라세페의 저질량 항성에서의 이중성 빈도는 25.3 ± 5.4%이며, 이는 현장 G형 주계류 항성의 이중성 빈도 23.8%와 일치한다.
• 프라세페(700 Myr), 펠리아데스(120 Myr), IC 348(2 Myr) 간의 이중성 빈도에 유의미한 진화가 없음을 고려하면, 은하계 산개성단 수명 동안 장기 주기 이중성 비율이 안정되어 있음을 시사한다.
• 프라세페의 관측된 이중성 빈도는 현장 항성과 유의미하게 다를 바 없으며, 이는 저질량 이중성의 통계적 특성이 성단 형성의 초깃값에 민감하지 않음을 시사한다.
• 타우루스의 이중성 빈도가 현장 및 다른 성단보다 높은 것은 본질적인 형성 차이 때문일 수 있지만, 소규모 N의 원시별 집합의 붕괴와 같은 천체역학적 과정이 영향을 미칠 수 있다.
• 만약 타우루스의 이중성 인구가 소규모 N의 원시별 집합의 천체역학적 붕괴에서 기인한다면, 아직 탐지되지 않은 산산이 흩어진 단일 저질량 항성의 집합이 타우루스 성운 내 존재해야 할 것이며, 이는 확인되지 않은 상태이다.
• 현장, 산개성단, 연안 등 다양한 환경에서 이중성 빈도가 유사한 것은 저질량 이중성의 형성과 초기 진화 과정이 강건하며 지역 환경 조건에 거의 민감하지 않음을 시사한다.