[論文レビュー] Finding proto-spectroscopic binaries: Precise multi-epoch radial velocities of 7 protostars in rho-Ophiuchus

P. Viana Almeida, C. Melo+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 64被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、VLTのCRIRESを用いて、ρ Ophiuchus星形成領域の7個の原始星に対する高精度近赤外分光観測調査を実施し、0.02–1.22 km s⁻¹の精度で径速度を測定した。3つの天体で顕著な径速度変動（4–6 km s⁻¹）が観測され、原始分光連星の可能性が示唆され、原始星段階で多重性が一般的である可能性を示唆しており、予備的な連星率は約71%である。

ABSTRACT

The formation of spectroscopic binaries (SB) may be a natural byproduct of star formation. The early dynamical evolution of multiple stellar systems after the initial fragmentation of molecular clouds leaves characteristic imprints on the properties of young, multiple stars. The discovery and the characterization of the youngest SB will allow us to infer the mechanisms and timescales involved in their formation. Our work aims to find spectroscopic companions around young stellar objects (YSO). We present a near-IR high-resolution (R ~ 60000) multi-epoch radial velocity survey of 7 YSO in the star forming region (SFR) rho-Ophiuchus. The radial velocities of each source were derived using a two-dimensional cross-correlation function, using the zero-point established by the Earth's atmosphere as reference. More than 14 spectral lines in the CO (0-2) bandhead window were used in the cross-correlation against LTE atmospheric models to compute the final results. We found that the spectra of the protostars in our sample agree well with the predicted stellar photospheric profiles, indicating that the radial velocities derived are indeed of stellar nature. Three of the targets analyzed exhibit large radial velocity variations during the three observation epochs. These objects - pending further confirmation and orbital characteristics - may become the first evidence for proto-spectroscopic binaries, and will provide important constraints on their formation. Our preliminary binary fraction (BF) of ~71% (when merging our results with those of previous studies) is in line with the notion that multiplicity is very high at young ages and therefore a byproduct of star formation

研究の動機と目的

• ρ Ophiuchus星形成領域における最も若い既知の原始星の周囲に分光連星を検出すること。
• クラスI/IIの原始星に対して、近赤外域で前例のない高精度の径速度を測定すること。
• 分光連星系が主系列星に達する以前の星形成初期段階で形成されるかどうかを調査すること。
• 埋蔵された原始星段階における動的進化が、多重星系の構造をどのように形作るかを評価すること。
• 早期段階の分光連星を同定することで、多重系の形成時スケールとメカニズムを制約すること。

提案手法

• VLT/UT1のCRIRES機器を用いて、分解能R ~ 60,000のマルチエポック近赤外分光観測を実施した。
• 地球の大気をゼロポイント基準として用い、二次元相互相関関数（2D-XCF）を適用して径速度を導出した。
• CO Δν = (0–2)帯頭領域におけるLTE大気モデルと観測スペクトルを相関させ、14本以上のスペクトル線を用いた。
• 大気吸収線を安定な基準フレームとして用いて、径速度測定をキャリブレーションした。
• 3回の観測エポックにわたる径速度の安定性と変動を評価し、軌道運動を同定した。
• 得られた結果を過去の画像調査と統合し、サンプル全体の連星率を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高精度径速度測定を用いて、サブ・AU分離の埋蔵原始星周囲に分光連星を検出できるか？
• RQ2 ρ Ophiuchus領域のクラスI/II原始星において、分光連星の頻度はどの程度か？
• RQ3 若い原始星の径速度変動は、星形成初期に形成された近接連星系の存在を示唆するか？
• RQ4 原始星における観測された多重性率は、主系列星と比べてどのように異なるか？また、それは形成メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 第三天体の存在が、若い多重系における内側連星系の動的進化を説明できるか？

主な発見

• 7個の原始星のうち3つ（L1689NO2、IRS34、VSSG18）が3エポックにわたり4–6 km s⁻¹の径速度変動を示し、分光連星系の可能性が示唆された。
• 達成された径速度精度は0.02–1.22 km s⁻¹であり、近接分離での惑星質量の伴星検出が可能になった。
• 得られた径速度は星の光球的プロファイルと整合的で、測定値が星の起源であることを確認した。
• 過去の画像調査と組み合わせた結果、サンプルの予備的な連星率は約71%であり、原始星段階で高い多重性が見られることが示された。
• 可視光で伴星が検出されない分光連星候補（VSSG18）の検出は、分光連星が広い視覚連星とは別個に、またはそれよりも前に形成される可能性を示唆している。
• 結果は、Kozaiサイクルを介した第三天体による駆動が、おそらくはクラスI/II段階（約10⁵年）の初期に既に活動している可能性を支持する。