[论文解读] Evidence for Circumstellar Disks around Young Brown Dwarfs in the Trapezium Cluster

August Muench, Elizabeth A. Lada+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 24, 2001

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 11

一句话总结

本研究对猎户座四边形星团中的棕矮星候选体进行了深度JHK红外波段观测，发现约65%的天体表现出红外过量，表明存在原恒星盘。结果表明棕矮星可能通过类似恒星的机制（即从孤立的云团碎片中形成）形成，且其周围存在行星系统形成的潜力。

ABSTRACT

We report the results of deep infrared observations of brown dwarf candidates in the Trapezium cluster in Orion. Analysis of the JHK color-color diagram indicates that a large fraction (approx 65% +/- 15%) of the observed sources exhibit infrared excess emission. This suggests the extreme youth of these objects and in turn, provides strong independent confirmation of the existence of a large population of substellar objects in the cluster. Moreover, this suggests that the majority of these substellar objects are presently surrounded by circumstellar disks similar to the situation for the stellar population of the cluster. This evidence for a high initial disk frequency (> 50%) around cluster members of all masses combined with the smooth continuity of the cluster's initial mass function across the hydrogen burning limit suggests that a single physical mechanism is likely responsible for producing the entire cluster mass spectrum down to near the deuterium burning limit. The results may also indicate that even substellar objects are capable of forming with systems of planetary companions.

研究动机与目标

• 利用深度红外测光，确定猎户座四边形星团中年轻棕矮星是否与原恒星盘相关。
• 评估在质量函数范围内（特别是低于氢燃烧极限处）的盘频率。
• 检验棕矮星是否通过类似恒星的机制（即孤立云团碎片化）形成，或通过类似行星的机制（从盘中弹射）形成。
• 通过红外过量发射独立确认棕矮星成员身份及其年轻状态。
• 探讨在亚恒星天体周围形成行星伴星的潜在影响。

提出的方法

• 利用欧洲南方天文台3.5米新技术望远镜上的SOFI红外相机，获取猎 Orion四边形星团中心5′×5′区域的深度JHK图像。
• 构建JHK颜色-颜色图以识别指示原恒星盘存在的红外过量发射。
• 在不同消光程度下选取棕矮星候选体，特别关注低消光源（A_V ≤ 5），以最小化场星的污染。
• 将观测到的颜色-颜色分布与理论模型及等龄线进行比较，以评估其年轻状态和盘的存在。
• 利用Lada等人（2000）关于L波段测光的数据，评估JHK图中盘检测的完整性。
• 通过消光限制、质量完整的样本评估盘频率，以确保样本对群体的代表性。

实验结果

研究问题

• RQ1 猎 Orion四边形星团中的年轻棕矮星是否表现出指示原恒星盘存在的红外过量？
• RQ2 棕矮星中盘的频率与同一星团中更高质量恒星相比如何？
• RQ3 棕矮星中盘的存在是否支持通过孤立云团碎片化实现的恒星类似形成机制？
• RQ4 由于JHK测光的局限性，尤其是对边缘朝向或存在空洞的盘，观测到的盘频率是否可能被低估？
• RQ5 鉴于其盘环境，结果是否暗示棕矮星可能形成具有行星系统的天体？

主要发现

• 猎 Orion四边形星团中约65% ± 15%的棕矮星候选体在JHK颜色-颜色图中表现出红外过量，表明存在原恒星盘。
• 当限制在低消光源（A_V ≤ 5）时，盘频率上升至77%（74个源中有57个），显著降低了场星的污染。
• 棕矮星中的盘频率与高于氢燃烧极限的原主序星中观测到的盘频率相当，表明在质量函数中盘的出现频率具有连续性。
• 尤其在低消光样本中，高盘频率支持棕矮星通过孤立云团碎片化形成（而非从恒星系统中弹射）的假设。
• 结果暗示，即使亚恒星天体也可能在存在原恒星盘的条件下形成行星伴星。
• 本研究强调了JHK测光在完全检测盘方面的局限性，因为更长波段（如L波段）的观测揭示了更高的盘频率，表明当前样本中存在低估现象。