[論文レビュー] Ross 19B: An Extremely Cold Companion Discovered via the Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project

Adam C. Schneider, Aaron Meisner+28 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 183被引用数 18

ひとこと要約

本論文では、Backyard Worlds: Planet 9 シチズンサイエンス・プロジェクトを用いて、近くのM型矮星であるRoss 19Aの補助星として、極めて寒冷なT/Y型褐色矮星であるRoss 19Bの発見を報告する。改良されたアストロメトリックおよび運動論的解析を用い、修正版BANYAN Σ形式を適用することで、物理的関連の確率が100%であると確認され、Ross 19Bは、効果温度が500+115−100 K、質量が15–40 MJupである極めて寒冷な広角分離準星補助星として、ハッブル宇宙望遠鏡またはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による今後の分光的特徴付けの優れた標本であることが示された。

ABSTRACT

Through the Backyard Worlds: Planet 9 citizen science project, we have identified a wide-separation ($\sim$10', $\sim$9900 au projected) substellar companion to the nearby ($\sim$17.5 pc), mid-M dwarf Ross 19. We have developed a new formalism for determining chance alignment probabilities based on the BANYAN $\Sigma$ tool, and find a 100% probability that this is a physically associated pair. Through a detailed examination of Ross 19A, we find that the system is metal-poor ([Fe/H]=$-$0.40$\pm$0.12) with an age of 7.2$^{+3.8}_{-3.6}$ Gyr. Combining new and existing photometry and astrometry, we find that Ross 19B is one of the coldest known wide-separation companions, with a spectral type on the T/Y boundary, an effective temperature of 500$^{+115}_{-100}$ K, and a mass in the range 15-40 $M_{ m Jup}$. This new, extremely cold benchmark companion is a compelling target for detailed characterization with future spectroscopic observations using facilities such as the Hubble Space Telescope or James Webb Space Telescope.

研究の動機と目的

• シチズンサイエンスのデータを用いて、近くのM型矮星に物理的に関連する極めて寒冷な準星補助星を同定・確認すること。
• 年齢、金属量、質量といったRoss 19AB系の物理的パラメータを特定し、準星進化モデルのベンチマークを確立すること。
• 大気組成、特にC/O比を調査することで、Ross 19Bの形成起源（局所形成か動的散乱か）を特定すること。
• ハッブル宇宙望遠鏡またはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を用いた、Ross 19Bの今後の高分解能分光的特徴付けの可能性を評価すること。

提案手法

• WISEのフリップブックにおける動く天体を特定する目的で、Backyard Worlds: Planet 9 シチズンサイエンス・プロジェクトを活用し、Ross 19Aの候補補助星としてCWISE J021948.68+351845.3を同定した。
• 修正版BANYAN Σ形式を適用して、偶然の一致確率を計算し、Ross 19AとRoss 19Bの間の物理的関連の確率が100%に達した。
• Keck/MOSFIREのJバンド画像と、Gaia EDR3、WISE、その他の調査から得られた既存のアストロメトリと光度測定を統合し、軌道的および物理的パラメータを精緻化した。
• SEDkitを用いたスペクトルエネルギー分布（SED）モデリングにより、Ross 19Bの効果温度と質量を推定し、T/Yスペクトル境界に位置することを確認した。
• 光度測定およびアストロメトリックデータを用いて、Ross 19Aの金属量（[Fe/H] = −0.40 ± 0.12）と年齢（7.2+3.8−3.6 Gyr）を決定し、系の進化を制約した。
• 今後の分光観測（HSTまたはJWSTを想定）により、大気中のC/O比を取得し、ディスク不安定性や乱流破壊といった形成経路を区別できる可能性を提案した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 広角分離で寒冷な補助星CWISE J021948.68+351845.3は、Ross 19Aと物理的に関連しているのか、それとも偶然の一致なのか？
• RQ2 Ross 19Bの正確な物理的パラメータ、特に効果温度、質量、スペクトル型は何か。また、既知の準星ベンチマークと比較するとどうなるか？
• RQ3 Ross 19Bの大気組成、特にC/O比は、その形成メカニズム（ディスク内の直接崩壊か、動的散乱か）をどのように示唆するか？
• RQ4 極めて寒冷で、年齢と金属量がよく制約されていることから、Ross 19Bは準星進化モデルのテストとキャリブレーションの強固なベンチマークとして機能できるか？

主な発見

• 修正版BANYAN Σ形式を用いた解析により、Ross 19AとRoss 19Bの偶然の一致確率は100%であり、物理的関連が確認された。
• Ross 19Aの金属量は[Fe/H] = −0.40 ± 0.12、年齢は7.2+3.8−3.6 Gyrであり、金属量が低く、古く、M型矮星として特徴づけられる。
• Ross 19Bは、広角分離補助星として知られる中で最も寒冷な天体の一つであり、効果温度は500+115−100 K、スペクトル型はT/Y境界付近に位置する。
• Ross 19Bの質量は15–40 MJupに制限されており、惑星質量境界付近に位置する。
• Ross 19Bは近赤外域（J ≈ 21.14 mag）で非常に暗いため、ハッブル宇宙望遠鏡またはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による今後の分光的特徴付けの優れた標本である。
• 系の低金属量と極めて寒冷な性質から、Ross 19Bは準星大気および進化モデルのテストに非常に稀で貴重なベンチマークである。