[论文解读] Spectroscopic confirmation of very-wide stellar binaries and large-separation comoving pairs from Gaia DR1

Adrian M. Price-Whelan, Semyeong Oh+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2017

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 8

一句话总结

该论文通过低分辨率光谱巡天对盖亚DR1天体测量识别出的311个候选体进行径向速度测量，确认了127个极宽双星系统和大间距共动对，距离达10 pc。结果揭示了双峰分离分布：每对数分离的数目从0.1 pc降至0.5 pc，随后从0.5 pc至10 pc保持近似均匀，表明被破坏的极宽双星系统和恒星星协具有长期的空间一致性。

ABSTRACT

Members of widely-separated stellar binaries (> 0.1 pc) or loosely bound stellar associations and clusters are born with small spreads in kinematics and chemistry, but disrupt and dissociate on timescales comparable to their orbital time within the Milky Way. The kinematic properties of comoving star pairs---bound wide binaries or unbound but coeval stars---are therefore sensitive to both the smooth tidal field and gravitational perturbation spectrum of the Milky Way. In previous work, we identified >4,000 candidate comoving pairs using only astrometric data from the Tycho-Gaia Astrometric Solution (TGAS) catalog and find a large number of pairs with separations > 1 pc. Without radial velocity measurements for the vast majority of these pairs, the false-positive rate at these separations is significant (~50%). Here we present results from our own low-resolution radial-velocity survey of a random sample of the candidate pairs to identify and validate true comoving star pairs. Of the 311 observed comoving pairs, we confirm 127 comoving pairs with separations as large as ~10 pc, our original search limit. Between separations of 0.001 pc to ~0.5 pc, the number of confirmed pairs per separation decreases with increasing separation (number per log separation is uniform). From ~0.5 pc to 10 pc, the number per separation is approximately uniform (number per log separation increases). We confirm the discovery of a population of comoving star pairs at very large separations, suggesting that disrupted wide binaries and stellar associations remain approximately spatially coherent.

研究动机与目标

• 通过获取径向速度测量，降低从盖亚DR1天体测量识别出的候选极宽双星对的高误报率（约50%）。
• 验证分离距离超过1 pc的共动恒星对的存在性，此时动力学束缚性尚不明确。
• 测量确认的共动对在大距离尺度上的分布，以探究银河系的动力学历史。
• 检验被破坏的极宽双星系统和恒星星协在长时间尺度上是否仍保持空间一致性。

提出的方法

• 对TGAS星表中随机选取的311个候选共动对进行了低分辨率径向速度巡天。
• 通过恒星光谱中Hα吸收线拟合测量径向速度，利用线心位置的边际后验分布估算速度精度。
• 应用高斯过程建模以处理光谱中的相关噪声，提升径向速度不确定度估计的准确性。
• 结合天体测量和径向速度数据计算似然比，评估共动概率。
• 发现中位径向速度精度为5–10 km s⁻¹，单个源的典型不确定度约为2.5 km s⁻¹。
• 整理并公开了包括径向速度和分离距离在内的数据产品，附带完整元数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 分离距离达10 pc的极宽双星对是否代表物理关联系统，还是仅为偶然对齐？
• RQ2 共动恒星对在0.5 pc以上的真正分离分布如何？是否存在拐点或转折迹象？
• RQ3 被破坏的极宽双星系统和恒星星协在动力学时标内，其空间一致性保持到何种程度？
• RQ4 引入径向速度数据后，如何显著降低大间距共动对候选体的误报率？

主要发现

• 在距离达约10 pc的范围内，光谱确认了127对共动双星，验证了极宽双星系统的存在。
• 每对数分离的确认对数从0.1 pc降至0.5 pc，与幂律分布一致。
• 从0.5 pc至10 pc，每对数分离的对数保持近似恒定，表明长期空间一致性。
• 通过径向速度确认，大间距候选体的误报率显著降低，证实了该方法的可靠性。
• 实现的中位径向速度精度为5–10 km s⁻¹，足以稳健识别共动系统。
• 数据和分析流程已按MIT许可证公开，附带完整文档和开源软件依赖。