[논문 리뷰] Extremely faint high proper motion objects from SDSS stripe 82 - Optical classification spectroscopy of about 40 new objects

R. D. Scholz, J. Storm외 2명|ArXiv.org|2008. 12. 08.

Stellar, planetary, and galactic studies참고 문헌 116인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 깊은 SDSS Stripe 82 데이터와 VLT/FORS1 분광학을 활용하여 극히 희미하고 고 proper motion을 보이는 38개의 물체를 특정하였다. 주로 초냉각 백색왜성과 백색왜성이다. 13개의 새로운 L형 항 星, 8개의 늦은 M형 항 星, 4개의 새로운 냉각 백색왜성을 발견하였으며, 운동학적 증거는 일반 금속성 허브 물체의 집단이 있음을 시사한다. 허브 백색왜성의 공간 밀도는 1.5–3.0 × 10⁻⁵ pc⁻³로 추정되었다.

ABSTRACT

(abridged) Deep multi-epoch Sloan Digital Sky Survey data in a 275 square degrees area along the celestial equator (SDSS stripe 82 = S82) allowed us to search for extremely faint ($i>21$) objects with proper motions larger than 0.14 arcsec/yr. We classify 38 newly detected objects with low-resolution optical spectroscopy using FORS1 @ ESO VLT. All 22 previously known L dwarfs in S82 have been detected in our high proper motion survey. However, 11 of the known L dwarfs have smaller proper motions (0.01$$sdM7) subdwarfs. Some M subdwarf candidates have been classified based on spectral indices with large uncertainties. We failed to detect new nearby ($d<50$ pc) L dwarfs, probably because the S82 area was already well-investigated before. With our survey we have demonstrated a higher efficiency in finding Galactic halo CWDs than previous searches. The space density of halo CWDs is according to our results about 1.5-3.0 $ imes$ 10$^{-5}$ pc$^{-3}$.

연구 동기 및 목표

• 태양계 근처에서 극히 희미하고 고 proper motion을 보이는 물체, 특히 냉각 백색왜성, 준왜성, 매우 낮은 질량의 항 성/백색왜성 등을 발견하기 위해.
• 사진 촬영판의 한계를 넘어서 깊고 다중 에포크의 SDSS 데이터를 활용하여 고 proper motion 조사의 범위를 확장하기 위해.
• VLT에서의 저해상도 광학 분광학을 통해 새로 발견된 희미한 물체를 분류하고 특성화하기 위해.
• 스펙트럼 유형-절대 등급 관계를 이용하여 이 물체들의 거리와 탄성 속도를 추정하기 위해.
• 초냉각 항 성의 운동학과 금속성을 조사하여 은하 허브 또는 두꺼운 디스크에서 기인했는지 평가하기 위해.

제안 방법

• i > 21 및 proper motion > 0.14 arcsec/yr 조건을 만족하는 물체를 식별하기 위해 깊고 다중 에포크의 SDSS Stripe 82 데이터(275 deg²)를 활용하였다.
• 주계열 항 성, 준왜성, 그리고 냉각 백색왜성의 순서를 구분하기 위해 감소된 proper motion 다이어그램(H_z/(i−z))을 구성하였다.
• 38개의 새로 발견된 고 proper motion 후보자들에게 VLT/FORS1를 이용한 저해상도 광학 분광학을 수행하였다.
• 기존의 스펙트럼 유형-절대 등급 관계를 활용하여 거리와 탄성 속도를 추정하였다.
• 관측된 스펙트럼을 알려진 L형 항 성, (초)냉각 준왜성, 백색왜성과 비교하여 신규 물체를 분류하였다.
• 가능한 경우 스펙트럼 인덱스와 고 신호 대 잡음 비율의 후속 측정을 통해 금속성과 적색 이동 속도를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 냉각 백색왜성의 허브 은하 공간 밀도는 얼마이며, 이는 이전 추정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ2 초냉각 허브 물체(L 및 M형 항 성)는 일반 금속성을 보이거나, 일반적으로 허브 항 성처럼 금속이 빈약한가?
• RQ3 SDSS와 같은 깊은 광학 조사에서 고 proper motion 조사가 이전에 알려지지 않은 근접한 저광도 물체를 사진 촬영판 조사의 범위를 넘어서 탐지할 수 있는가?
• RQ4 일부 고속도의 늦은 M형 및 L형 항 성은 왜 금속 빈약하지 않으며, 이는 그 기원과 운동학적 역사에 대해 어떤 함의를 지니는가?
• RQ5 기존 조사에서 아직 탐지되지 않은, 희미한 준왜성 또는 초냉각 준왜성이 태양계 근처에 존재하는가?

주요 결과

• 13개의 새로운 L형 항 성이 분광학적으로 확인되었으며, 새로운 초냉각(ultracool; sdM7 이상) 준왜성은 발견되지 않았다.
• 8개의 새로운 M7.5–M9.5형 항 성이 확인되었으며, 4개의 새로운 냉각 백색왜성이 발견되었으며, 각각 이전에 알려진 SDSS 백색왜성보다 1–2등급 어두웠다.
• 모든 새로운 L형 항 성, 늦은 M형 항 성, 냉각 백색왜성 물체는 두꺼운 디스크 및 허브 운동학을 보이며, 고 탄성 속도를 나타낸다.
• 허브 냉각 백색왜성의 공간 밀도는 1.5–3.0 × 10⁻⁵ pc⁻³로 추정되었으며, 이는 이전 추정치와 일치하며 어두운 허브 바리온 질량에 미미한 기여를 한다는 것을 시사한다.
• 38개의 물체 중에서 proper motion가 불확실한 9개는 비현실적으로 높은 탄성 속도(700–2500 km/s)를 보이며, 이는 proper motion의 과대평가일 수 있음을 시사하며, 추가적인 에포크 측정이 필요하다.
• 분광학적 분석 결과 일부 중간 M형 항 성 후보자는 오히려 준왜성일 수 있으나, 큰 불확실성이 수반되며, 광범위한 탐색에도 불구하고 새로운 초냉각 준왜성은 발견되지 않았다.