[논문 리뷰] The Luminosity and Mass Functions of Low-Mass Stars in the Galactic Disk: II. The Field

John J. Bochanski, Suzanne L. Hawley외 5명|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|2010. 04. 22.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 6인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 8,400 평방도의 영역에서 SDSS DR6의 1,500만 개의 별을 이용해 은하수 디스크의 저질량 항성(0.1–0.8 M☉)에 대해 가장 광범위한 빛의 세기 및 질량 함수 측정을 수행한다. 새로운 광학적 거리 측정 관계와 은하수의 구조 및 빛의 세기 함수를 동시에 피팅하는 기법을 도입하여, 질량 함수가 M₀ = 0.25 M☉인 로그노멀 분포를 따르며, 현재까지 가장 강력한 제약 조건을 제시한다.

ABSTRACT

We report on new measurements of the luminosity function (LF) and mass function (MF) of field low-mass dwarfs derived from Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Data Release 6 (DR6) photometry. The analysis incorporates ~15 million low-mass stars (0.1 Msun < M < 0.8 Msun), spread over 8,400 square degrees. Stellar distances are estimated using new photometric parallax relations, constructed from ugriz photometry of nearby low-mass stars with trigonometric parallaxes. We use a technique that simultaneously measures Galactic structure and the stellar LF from 7 < M_r < 16. We compare the LF to previous studies and convert to a MF using the mass-luminosity relations of Delfosse et al., 2000. The system MF, measured over -1.0 < log M/Msun < -0.1, is well-described by a log-normal distribution with Mo = 0.25 Msun. We stress that our results should not be extrapolated to other mass regimes. Our work generally agrees with prior low-mass stellar MFs and places strong constraints on future star-formation studies of the Milky Way.

연구 동기 및 목표

• 이전 연구들보다 더 높은 통계적 정밀도로 저질량 별(0.1–0.8 M☉)의 빛의 세기 및 질량 함수를 측정하기 위해.
• 근접한 부피 제한 설문조사와 먼 펜슬빔 설문조사 간의 모순을 해소하기 위해, 개선된 거리 추정 기법을 사용한 대규모 깊은 광학적 설문조사 자료를 활용하기 위해.
• 근접한 항성의 천체측위 파라미터를 이용해 새로운 광학적 거리 측정 관계를 개발하고, 어두운 M형 항성의 거리 추정을 향상시키기 위해.
• 넓은 영역 설문조사에서 은하수의 구조와 빛의 세기 함수를 동시에 모델링하여, 가정된 항성 밀도 프로파일에 기인한 체계적 편향을 줄이기 위해.
• 관측된 현재 질량 함수를 로그노멀 및 끊어진 거듭제곱 법칙 모델로 피팅하여, 저질량 항성의 초기 질량 함수(IMF)에 대해 강력한 제약 조건을 제공하기 위해.

제안 방법

• Golimowski 등(2010)의 천체측위 파라미터가 알려진 근접한 저질량 항성의 ugrizJHKS 광학적 측정 자료를 이용해 새로운 광학적 거리 측정 관계를 구축하였다.
• r-대역(7 < Mr < 16)에서 빛의 세기 함수와 은하수의 구조를 동시에 피팅하는 기법을 사용하여 항성 밀도 프로파일에 대한 가정을 피하기 위해.
• Malmquist 편향, 해체되지 않은 이중성, 은하수의 구조 변화가 빛의 세기 함수에 미치는 체계적 영향을 정량화하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 적용하였다.
• Delfosse 등(2000)의 질량-빛의 세기 관계를 이용해 관측된 빛의 세기 함수를 질량 함수로 변환하였다.
• 결과로 얻어진 질량 함수를 로그노멀 분포(M₀ = 0.25 M☉)와 끊어진 거듭제곱 법칙으로 피팅하고, 적합도를 비교하여 최적의 표현을 결정하였다.
• 통계적 강건성을 확보하기 위해 광학적 및 분광적 기준을 통해 선별한 약 1,500만 개의 저질량 항성을 포함한 대규모 샘플을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 은하수 디스크의 저질량 항성의 빛의 세기 함수는 넓은 영역에서 어떻게 변화하며, 고정된 은하수 밀도 프로파일을 가정하지 않고 정확히 측정할 수 있는가?
• RQ2 해체되지 않은 이중성 항성은 넓은 영역의 광학적 설문조사에서 관측된 빛의 세기 및 질량 함수에 어느 정도의 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 저질량 별의 질량 함수에 가장 적합한 기능적 형태는 무엇이며, 이는 이론적 초기 질량 함수와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 새로운 광학적 거리 측정 관계는 이전 방법에 비해 어두운 M형 항성의 거리 추정을 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 이 결과는 은하수의 초기 질량 함수 및 항성 형성 역사에 대해 어떤 제약 조건을 제공하는가?

주요 결과

• 8,400 평방도의 영역에서 약 1,500만 개의 저질량 항성을 포함한 샘플을 이용해 빛의 세기 함수를 측정하였으며, 이는 이전 연구들에 비해 통계적 능력이 크게 향상된 것이다.
• 단일 항성의 질량 함수는 특성 질량 M₀ = 0.25 M☉인 로그노멀 분포로 가장 잘 기술되며, 다른 별무리 및 별 집단 연구와 일치한다.
• 이중성 항성까지 포함한 시스템 질량 함수는 저질량 항성의 수밀도가 더 높게 나타나며, 이는 고질량 항성의 반경에 저질량 항성이 흔히 존재하기 때문이다.
• 연구는 저질량 항성의 관측된 현재 질량 함수가 그들의 장수 수명으로 인해 초기 질량 함수를 거의 정확히 반영함을 확인한다.
• 새로운 광학적 거리 측정 관계는 M형 항성의 거리 추정을 크게 향상시켜 빛의 세기 함수의 체계적 오차를 감소시켰다.
• Malmquist 편향 및 해체되지 않은 이중성 등의 체계적 영향에 대해 결과가 강건하며, 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 검증되었다.