[논문 리뷰] Towards a complete stellar mass function of the Hyades. I. Pan-STARRS1 optical observations of the low-mass stellar content

B. Goldman, S. Röser외 17명|Max Planck Institute for Plasma Physics|2013. 07. 30.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 63인용 수 23

한 줄 요약

이 연구는 팬스타르스1의 광학적 항성 보정과 PPMXL의 천체 운동 데이터를 활용하여 하이아데스 별단의 항성 질량 함수를 0.1 M⊙까지 확장하였다. 이 과정에서 0.09–0.43 M⊙ 범위의 43개의 새로운 저질량 구성원을 식별하였고, 질량 분리 현상이 뚜렷하게 확인되었다. 운동학적 및 광학적 선택 기준을 조합함으로써, 은하수 별의 오염을 줄이고 구성원 식별의 정확도를 향상시켜, 별단의 저질량 항성 집단에 대한 더 완전한 인벤토리 확보와 천체역학적 진화 모델의 정밀화를 이룩하였다.

ABSTRACT

The Hyades cluster is an ideal target to study the dynamical evolution of a star cluster over the entire mass range due to its intermediate age and proximity to the Sun. We wanted to extend the Hyades mass function towards lower masses down to 0.1 Msol and to use the full three-dimensional spatial information to characterize the dynamical evolution of the cluster. We performed a kinematic and photometric selection using the PPMXL and Pan-STARRS1 sky surveys, to search for cluster members up to 30 pc from the cluster centre. We determined our detection efficiency and field star contamination rate to derive the cluster luminosity and mass functions down to masses of 0.1 Msol. The thorough astrometric and photometric constraints minimized the contamination. A minimum spanning tree algorithm was used to quantify the mass segregation. We discovered 43 new Hyades member candidates with velocity perpendicular to the Hyades motion up to 2 km/s. They have mass estimates between 0.43 and 0.09 Msol, for a total mass of 10 Msol. This doubles the number of Hyades candidates with masses smaller than 0.15 Msol. We provide an additional list of 11 possible candidates with velocity perpendicular to the Hyades motion up to 4 km/s. The cluster is significantly mass segregated. The extension of the mass function towards lower masses provided an even clearer signature than estimated in the past. We also identified as likely Hyades member an L0 dwarf previously assumed to be a field dwarf. Finally we question the membership of a number of previously published candidates, including a L2.5-type dwarf.

연구 동기 및 목표

• 다이내믹스 및 항성 진화 모델에 대한 제약 조건을 향상시키기 위해 하이아데스 별단의 항성 질량 함수를 0.1 M⊙까지 낮은 질량으로 확장하는 것.
• 다중 에포크 팬스타르스1 및 PPMXL 데이터를 활용한 운동학적 및 광학적 선택 기준의 조합을 통해 은하수 별 오염을 줄이고 구성원 식별의 순도를 향상시키는 것.
• 저질량 구성원의 완전하고 깊이 있는 샘플을 활용하여 하이아데스의 질량 분리를 특성화하는 것.
• 이전에 발표된 후보자들, 특히 L형 주저항성의 구성원 여부를 개선된 천체 운동 및 광학 기준을 통해 재평가하는 것.
• 항성 진화 모델 테스트를 위한 알려진 연령과 금속성 비율을 가진 저질량 항성 및 브라운 왜성의 벤치마크 샘플을 제공하는 것.

제안 방법

• 하이아데스 중심에서 30 pc 이내의 운동학적 후보자를 식별하기 위해 PPMXL의 항성 운동 데이터를 활용해 수렴점 방법을 적용하였다.
• 팬스타르스1(grizy) 및 2MASS의 다중 대역 광학 보정 데이터를 사용하여 광학적 선택을 수행하였으며, 색-등급 기준에 따라 별단 외 객체를 걸러내었다.
• 모든 후보자들을 PPMXL 항성 운동 데이터와 교차 확인하여 일관성을 확보하고 가짜 양성 결과를 줄였다.
• 저질량 항성 집단의 공간적 질량 분리를 정량화하기 위해 최소 스패닝 트리 알고리즘을 사용하였다.
• 관측된 밝기 및 질량 함수의 완전성과 순도를 보정하기 위해 탐지 효율성과 은하수 별 오염 비율을 계산하였다.
• PS1 및 SDSS 광학 보정에는 AB 체계를, 2MASS 적외선 데이터에는 베가 체계를 사용하여 일관된 광학 보정을 확보하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 하이아데스 별단에서 0.1 M⊙까지의 항성 질량 함수의 형태는 어떠하며, 초기 질량 함수와 비교해 볼 때 어떻게 다를까?
• RQ2 하이아데스에서 질량 분리는 어느 정도 뚜렷한가? 더 낮은 질량까지의 인벤토리 확장 시 이 현상이 더욱 두드러지게 드러나는가?
• RQ3 이전에 보고된 저질량 및 브라운 왜성 후보자들, 예를 들어 L0 및 L2.5형 주저항성의 진정한 구성원 여부는 무엇인가?
• RQ4 천체 운동 및 광학적 선택 기준의 조합이 깊은 별단 탐사에서 은하수 별 오염을 어느 정도 줄이는가?
• RQ5 업데이트된 질량 및 밝기 함수는 중간 연령의 산개성단에서의 천체역학적 진화 이해에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 연구에서 질량이 0.09~0.43 M⊙ 사이인 하이아데스 구성원 후보자 43개를 신규로 발견하였으며, 이는 0.15 M⊙ 이하의 알려진 구성원 수를 두 배로 늘렸다.
• 횡방향 속도가 최대 4 km s⁻¹인 추가 11개의 후보자도 식별되었지만, 높은 속도 분산으로 인해 신뢰도가 낮았다.
• 별단은 뚜렷한 질량 분리를 보이며, 질량 함수를 더 낮은 질량으로 확장할수록 이 현상이 더욱 두드러진다.
• 이전에 은하수 객체로 분류되었던 L0형 주저항성은 일관된 항성 운동과 광학 보정을 바탕으로 하이아데스 구성원으로 재분류되었다.
• 일관되지 않은 운동학적 및 광학적 성질로 인해 L2.5형 주저항성 포함 몇몇 이전에 발표된 후보자의 구성원 여부가 의심스러워졌다.
• 보정된 밝기 및 질량 함수는 이제 0.1 M⊙까지 신뢰성 있게 연장되었으며, 별단의 저질량 항성 구성에 대한 더 완전하고 정확한 인벤토리 제공에 기여하였다.