[논문 리뷰] Spectrum and proper motion of a brown dwarf companion of the T Tauri star CoD-33 7795

R. Neuhäeuser, E. W. Guenther외 4명|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 20.

Stellar, planetary, and galactic studies인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 광학 스펙트럼 분석(스펙트럼 유형 M8.5–M9)과 운동량 측정을 통해 T 타우리 항성 CoD-33°7795 A의 물리적 브라운드워프 연성성인 CoD-33°7795 B를 확인한다. 이 연성성은 강한 Hα 발산과 약한 Na I 흡수를 보이며 청소년기임을 시사하고, 5σ 유의수준에서 주성과 동일한 운동량을 보이며, 질량 추정치는 15–40 M_Jup로, 스펙트럼과 운동량을 모두 통해 주성분이 아닌 별 주위에서 확인된 첫 번째 브라운드워프 연성성이다.

ABSTRACT

We present optical and infrared spectra as well as the proper motion of an H=12 mag object 2" off the ~5 mag brighter spectroscopic binary star CoD-33 7795 (=TWA-5), a member of the TW Hya association of T Tauri stars at ~55 pc. It was suggested as companion candidate by Lowrance et al. (1999) and Webb et al. (1999), but neither a spectrum nor the proper motion of the faint object were available before. Our spectra taken with FORS2 and ISAAC at the ESO-VLT reveal that the companion candidate has spectral type M8.5 to M9. It shows strong H-alpha emission and weak Na I absorption, both indicative of a young age. The faint object is clearly detected and resolved in our optical and infrared images, with a FWHM of 0.18" in the FORS2 image. The faint object's proper motion, based on two year epoch difference, is consistent with the proper motion of CoD-33 7795 by 5 Gaussian sigma significance. From three different theoretical pre-main sequence models, we estimate the companion mass to be between ~15 and 40 M_jup, assuming the distance and age of the primary. A slight offset between the VLT and HST images with an epoch difference of two years can be interpreted as orbital motion. The probability for chance alignment of such a late-type object that close to CoD-33 7795 with the correct proper motion is below 7e-9. Hence, the faint object is physically associated with CoD-33 7795, the 4th brown dwarf companion around a normal star confirmed by both spectrum and proper motion, the first around a pre-main sequence star.

연구 동기 및 목표

• T 타우리 항성 CoD-33°7795 A 근처의 희미한 연성성 후보자인 CoD-33°7795 B의 물리적 연계성을 확인하기 위해.
• 광학 및 적외선 스펙트럼을 이용해 연성성의 스펙트럼 유형과 내재된 성질을 결정하기 위해.
• 연성성의 운동량을 측정하고 주성과의 공통 운동 여부를 평가하기 위해.
• 관측된 등급과 스펙트럼 유형을 바탕으로 이론적 주성분 이전 모델을 사용해 연성성의 질량을 추정하기 위해.
• 우연한 정렬 가능성과 현장 물체 오염 여부를 평가하기 위해.

제안 방법

• VLT 쿠엔 텔레스코프의 FORS2를 사용해 CoD-33°7795 B의 광학 스펙트럼을 확보(분해능 R ≈ 680, 6000–9000 Å).
• VLT의 ISAAC를 사용해 H밴드 스펙트럼(R ≈ 500)을 확보하여 스펙트럼 분류 및 중력 지표를 확인.
• VLT(2000년)와 HST(1999.8년) 이미지의 이중 에포크 천문측정을 통해 운동량을 측정하고, 2년의 기준을 설정.
• 표준 M형 주계성과 비교해 스펙트럼 인덱스(Hα, Na I)를 분석하여 스펙트럼 유형과 청소년기 지표를 도출.
• 이론적 주성분 이전 모델(Baraffe et al. 1998, Burrows et al. 1997, Chabrier et al. 2000)을 적용해 빛의 세기와 온도를 바탕으로 질량을 추정.
• 주성으로부터 1.96" 이내의 T 타우리 항성과 저연령 주계성의 공간 밀도를 사용해 우연한 정렬 확률을 계산.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 희미한 천체 CoD-33°7795 B는 T 타우리 항성 CoD-33°7795 A와 물리적으로 연계되어 있는가, 아니면 우연한 정렬일까?
• RQ2 CoD-33°7795 B의 스펙트럼을 바탕으로 그 스펙트럼 유형과 내재된 성질(예: 중력, 연령)은 무엇인가?
• RQ3 CoD-33°7795 B의 운동량은 주성과 일치하는가? 이는 물리적 쌍성계임을 시사하는가?
• RQ4 CoD-33°7795 B의 질량은 얼마이며, 수소 연소 한계 이하에 해당하여 브라운드워프로 간주될 수 있는가?
• RQ5 HST와 VLT 이미지 간의 위치 이격에서 궤도 운동을 감지할 수 있는가? 이는 시스템의 역학에 어떤 함의를 갖는가?

주요 결과

• CoD-33°7795 B는 광학 및 적외선 스펙트럼을 통해 M8.5에서 M9의 스펙트럼 유형으로 확인되었다.
• 강한 Hα 발산(등가폭 약 ~20 Å)과 약한 Na I 흡수로 인해 낮은 중력과 청소년기임을 시사하며, 주성분 이전 진화와 일치한다.
• CoD-33°7795 B의 운동량은 주성 CoD-33°7795 A와 5σ 유의수준에서 일치하며, 공통 운동을 확인한다.
• 우연한 정렬 확률은 7×10⁻⁹ 이하로, 물리적 연계를 강력히 지지한다.
• CoD-33°7795 B의 질량은 15–40 M_Jup로 추정되며, 최적 추정치는 모델에 따라 20–30 M_Jup로, 브라운드워프로 확인된다.
• HST와 VLT 이미지 간 2년 간격의 0.054" 서쪽 이격은 궤도 운동의 가능성을 시사하지만, 아직 확인되지 않았다.