[论文解读] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). V. Radial and Rotational Velocities of T Dwarfs from Keck/NIRSPEC High-Resolution Spectroscopy

Chih-Chun Hsu, Adam J. Burgasser+8 more|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 331被引用 53

一句话总结

本研究利用凯克/近红外光谱仪（Keck/NIRSPEC）光谱学，对37颗T型棕矮星进行了高精度径向速度和旋转速度测量，径向速度和旋转速度的中位精度分别达到0.5 km s⁻¹和0.9 km s⁻¹。研究发现本地T型棕矮星的运动学年龄为3.5 ± 0.3 Gyr，与晚型M型恒星一致，并通过揭示厚盘L型棕矮星对先前年龄估计的偏差，解决了长期存在的L型棕矮星年龄异常问题，证实了在标准假设下，群体模拟能够准确重现观测到的运动学特征。

ABSTRACT

We report multi-epoch radial velocities, rotational velocities, and atmospheric parameters for 37 T-type brown dwarfs observed with Keck/NIRSPEC. Using a Markov Chain Monte Carlo forward-modeling method, we achieve median precisions of 0.5 km s$^{-1}$ and 0.9 km s$^{-1}$ for radial and rotational velocities, respectively. All of the T dwarfs in our sample are thin disk brown dwarfs. We confirm previously reported moving group associations for four T dwarfs. However, the lack of spectral indicators of youth in two of these sources suggests that these are chance alignments. We confirm two previously un-resolved binary candidates, the T0+T4.5 2MASS J11061197+2754225 and the L7+T3.5 2MASS J21265916+7617440, with orbital periods of 4 yr and 12 yr, respectively. We find a kinematic age of 3.5$\pm$0.3 Gyr for local T dwarfs, consistent with nearby late-M dwarfs (4.1$\pm$0.3 Gyr). Removal of thick disk L dwarfs in the local ultracool dwarf sample gives a similar age for L dwarfs (4.2$\pm$0.3 Gyr), largely resolving the local L dwarf age anomaly. The kinematic ages of local late-M, L, and T dwarfs can be accurately reproduced with population simulations incorporating standard assumptions of the mass function, star formation rate, and brown dwarf evolutionary models. A kinematic dispersion break is found at the L4$-$L6 subtypes, likely reflecting the terminus of the stellar Main Sequence. We provide a compilation of precise radial velocities for 172 late-M, L, and T dwarfs within $\sim$20 pc of the Sun.

研究动机与目标

• 测量一组T型棕矮星的精确径向速度与旋转速度，以评估其运动学特性。
• 确定本地T型棕矮星的运动学年龄，并与晚型M型和L型棕矮星进行比较，以解决低温矮星群体中的年龄异常问题。
• 检验L型棕矮星观测年龄与预测年龄之间的差异是否源于样本偏差、演化模型或形成历史。
• 利用周期性径向速度变化识别并确认T型棕矮星中的双星系统。
• 整理一份距离太阳20 pc以内172颗晚型M型、L型和T型棕矮星的高精度径向速度目录。

提出的方法

• 利用凯克/近红外光谱仪（Keck/NIRSPEC）进行高分辨率近红外光谱观测，获取37颗T型棕矮星的径向速度与旋转速度。
• 应用马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）正向建模技术，以高精度推导径向速度与旋转速度。
• 采用Aumer & Binney（2009）的运动学年龄关系，根据速度弥散度估算年龄。
• 将观测到的速度弥散度与包含恒星形成率、初始质量函数及棕矮星演化模型的群体合成模型进行比较。
• 通过多 epoch 观测识别周期性径向速度变化的双星候选体，并推导其轨道解。
• 整理距离太阳20 pc以内172颗晚型M型、L型和T型棕矮星的精确径向速度，涵盖新测量数据与文献数据。

实验结果

研究问题

• RQ1 本地T型棕矮星的运动学年龄是多少？其与晚型M型和L型棕矮星的年龄相比如何？
• RQ2 为何L型棕矮星的观测运动学年龄与群体模拟预测其应比晚型M型恒星更年轻的结果相矛盾？
• RQ3 高精度径向速度测量能否解决本地低温矮星群体中的年龄异常问题？
• RQ4 哪些T型棕矮星属于移动星群或双星系统？其轨道参数为何？
• RQ5 在包含标准恒星形成率、初始质量函数与演化模型假设的群体模拟中，能否准确重现晚型M型、L型与T型棕矮星的观测运动学特征？

主要发现

• 本地T型棕矮星的运动学年龄为3.5 ± 0.3 Gyr，与附近晚型M型恒星（4.1 ± 0.3 Gyr）的年龄一致。
• 从本地样本中剔除厚盘L型棕矮星后，L型棕矮星的年龄异常得以解决，其年龄一致为4.2 ± 0.3 Gyr。
• 识别出L4–L6子型的运动速度弥散度拐点，可能标志着主序星末期的结束。
• 两个此前未解决的双星候选体——2MASS J11061197+2754225（T0+T4.5，4年轨道周期）与2MASS J21265916+7617440（L7+T3.5，12年轨道周期）——已通过轨道解得到确认。
• 样本中所有T型棕矮星均与薄盘天体一致，未发现厚盘或晕族成员的证据。
• 本目录包含距离太阳20 pc以内172颗晚型M型、L型和T型棕矮星的精确径向速度，显著扩展了高精度径向速度数据库。