[논문 리뷰] The young, tight and low mass binary TWA22AB: a new calibrator for evolutionary models ? Orbit, spectral types and temperatures determination

M. Bonnefoy, G. Chauvin외 8명|arXiv (Cornell University)|2009. 06. 09.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 48인용 수 24

한 줄 요약

이 연구는 유럽남부청도의 VLT에서 NACO와 SINFONI를 사용하여, 초기성, 밀도가 높고 저질량인 이중성 TWA22AB의 최초로 해상도가 높은 영상 및 스펙트로스코피를 제시한다. 총 역학적 질량 220 ± 21 M_Jup, 스펙트럼 유형 M6 ± 1, 효율 온도 약 2900 K를 확인하여, 저질량 별의 초기진화 모델을 시험하기 위한 중요한 기준점이 되며, 특히 저질량 별의 모델 예측 질량이 실제보다 낮게 평가되고 있음을 드러낸다.

ABSTRACT

Tight binaries discovered in young, nearby associations, with known distances, are ideal targets to provide dynamical mass measurements to test the physics of evolutionary models at young ages and very low masses. We report for the first time the binarity of TWA22, possible new dynamical calibrator for evolutionary models at young ages. Based on an accurate trigonometric distance (17.53 +- 0.21 pc) determination, we infer a total dynamical mass of 220 +- 21 MJup for the system. From the resolved near-infrared integral-field spectroscopy, we find an effective temperature Teff=2900+200-200 K for TWA22 A and Teff=2900+200-100 K for TWA22 B and surface gravities between 4.0 and 5.5 dex. From our photometry and a M6 +- 1 spectral type for both components, we find luminosities of log(L/Lsun)=-2.11 +- 0.13 dex and log(L/Lsun)=-2.30 +- 0.16 dex for TWA22 A and B respectively. By comparing these parameters with evolutionary models, we question the age and the multiplicity of this system. We also discuss a possible underestimation of the mass predicted by evolutionary models for young stars close to the substellar boundary.

연구 동기 및 목표

• 궤도 모니터링과 정밀한 거리 측정을 통해 TWA22AB의 역학적 질량을 결정하기 위해.
• 근적외선 광도 및 스펙트로스코피를 통한 두 성분의 물리적 성질(광도, T_eff, log g)을 특성화하기 위해.
• 젊은 나이의 저질량 및 준별체에 대한 진화 모델의 정확도를 시험하기 위해.
• 운동학적 및 스펙트럼 진단을 통해 시스템의 소속성(지정된 TWA 또는 BPMG)에 대한 모순을 해결하기 위해.
• 모델 예측 질량과 측정 질량 간의 괴리 원인이 해결되지 않은 내부 이중성인지 모델의 부정확성인지 조사하기 위해.

제안 방법

• 네이처의 고해상도 적응 광학 영상 기록을 통해 4년간의 궤도 운동을 모니터링하고 이중성 성분을 해상도 있게 분리하기 위해 NACO를 이용하였다.
• SINFONI를 사용하여 중간 해상도의 JHK 스펙트로스코피(R ≈ 1500–2000)를 확보하여 스펙트럼 유형, T_eff, log g를 결정하였다.
• 정확한 거리 계산을 위한 삼각초점 파라메터를 측정하여 17.53 ± 0.21 pc의 정밀한 거리를 유도하였다.
• 관측된 스펙트럼을 경험적 및 합성 스펙트럼 라이브러리와 비교하여 스펙트럼 유형, T_eff, 표면중력도를 유도하였다.
• Teixeira 등(2009)의 라디얼 속도 및 운동속도 자료를 사용하여 TWA 또는 BPMG 내 소속 여부를 운동학적 진단으로 평가하였다.
• 측정된 광도, T_eff, 역학적 질량과 모델 예측치를 비교하여 진화 모델 정확도를 시험하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TWA22AB 이중성 시스템의 역학적 질량은 얼마이며, 진화 모델 예측치와 비교해 볼 때 어떻게 되는가?
• RQ2 TWA22A와 TWA22B의 개별 스펙트럼 유형, 효율 온도, 표면중력은 무엇인가?
• RQ3 운동학적 및 스펙트럼 진단을 기반으로 TWA22AB는 TW Hydrae 연합인지, 더 어린 BPMG에 속하는가?
• RQ4 모델 예측 질량과 측정 질량 간의 괴리 원인이 해결되지 않은 내부 이중성인지, 또는 모델의 부정확성 때문인가?
• RQ5 이 시스템이 준별체 경계 근처에 위치하고 있음으로써 현재의 저질량 물체 진화 모델에 도전하는가?

주요 결과

• TWA22AB의 총 역학적 질량은 정밀한 삼각초점 거리 17.53 ± 0.21 pc로부터 유도된 220 ± 21 M_Jup이다.
• 두 성분 모두 효율 온도가 약 2900 K이며, TWA22A는 2900⁺²⁰⁰₋²⁰⁰ K, TWA22B는 2900⁺²⁰⁰₋₁⁰⁰ K이다.
• 표면중력은 양 성분 모두 4.0에서 5.5 dex 사이로 제약되며, 젊은 나이와 일치하는 낮은 표면중력도를 나타낸다.
• 연속 스펙트럼 피팅, 스펙트럼 지표, 흡수선의 등가폭을 통해 스펙트럼 유형 M6 ± 1을 도출하였다.
• 광도는 TWA22A의 경우 log(L/L⊙) = -2.11 ± 0.13, TWA22B의 경우 -2.30 ± 0.16이며, 이는 준별체 경계 근처에 위치함을 의미한다.
• 운동학적 성질과 스펙트럼 특성은 TWA보다는 30 Myr의 나이를 가진 더 어린 BPMG에 소속될 가능성이 더 높지만, 소속 여부는 여전히 불확실하다.