[论文解读] A search for spectroscopic binaries in the galactic globular cluster M4. Based on 5973 individual spectra collected at VLT

V. Sommariva, G. Piotto+5 more|Edinburgh Research Explorer (University of Edinburgh)|Oct 10, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 21

一句话总结

本研究利用甚大望远镜（VLT）的FLAMES+GIRAFFE仪器，对银河系球状星团M4中的2,469颗恒星进行了高分辨率光谱观测，共获得5,973条光谱。研究识别出57个光谱双星候选体，得出双星分数下限为3.0±0.3%，其中星团核心区域的双星分数较高（5.1±2.3%），并向半质心半径方向逐渐降低（1.8±0.6%）。

ABSTRACT

We present a large multi-epoch high resolution spectroscopic investigation for the search of binary candidates in the Galactic Globular Cluster (GGC) M4. The aim of our work is the identification of the binary candidates, and the determination of the binary fraction and of the binary radial distribution. We present a large multi-epoch high resolution spectroscopic investigation for the search of binary candidates in the Galactic Globular Cluster (GGC) M4. The aim of our work is the identification of the binary candidates, and the determination of the binary fraction and of the binary radial distribution. The average radial velocity of the observed cluster members is $70.29+/-0.07(+/-0.3)(+/-0.1)km/s. The search for variations in radial velocities among the stars with multi-epoch observations yielded 57 binary star candidates. Our radial velocity measurement accuracy allowed us to identify at a 3sigma level binaries with radial velocity variations larger than ~0.3km/s for the target stars with V<15, and larger than ~0.5km/s for the targets with V>15. We identified 4 binary star candidates out of 97 observed targets inside the core radius, and 53 candidates out of 2372 observed stars outside the core radius. Accounting for the incompleteness affecting our survey, the lower limit for the total binary fraction is f=3.0+/-0.3%. The lower limit for the binary fraction in the cluster core is f=5.1+/-2.3%, while outside the core it decreases to f=3.0+/-0.4%. Similarly, we found f=4.5+/-0.4% and f=1.8+/-0.6% for the binary fraction inside and outside the half mass radius.

研究动机与目标

• 利用多 epoch 高分辨率光谱观测，测定银河系球状星团M4中的光谱双星分数。
• 研究M4中双星系统在径向分布上的特征，特别比较核心区域与外区的差异。
• 通过在多个观测 epoch 中分析数千颗恒星，提高M4中双星分数估计的统计稳健性。
• 约束双星在M4演化过程中的动力学作用，特别是与核心坍缩及能量生成的关系。
• 为未来M4的动力学建模提供高精度的视向速度测量基准。

提出的方法

• 利用甚大望远镜（VLT）的FLAMES+GIRAFFE光谱仪，获取M4中2,469颗恒星的5,973条独立高分辨率光谱。
• 所选恒星覆盖从红巨星分支顶端至主序转折点以下1个星等的范围，涵盖整个星团。
• 实施多 epoch 观测，每颗恒星的基线约为三年，其中484颗恒星在三个 epoch 上被观测。
• 通过与太阳型模板光谱互相关计算视向速度，精度达到亚km/s级别。
• 将视向速度变化超过3σ显著性的恒星标记为光谱双星候选体。
• 考虑调查的不完全性，推导不同星团区域（核心、半质心半径）的双星分数下限。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于多 epoch 视向速度监测，银河系球状星团M4中的光谱双星分数是多少？
• RQ2 双星分数如何随距星团中心的径向距离变化，特别是在核心区域和半质心半径以外的区域？
• RQ3 本调查中视向速度变化的探测阈值是多少？其与恒星星等的关系如何？
• RQ4 观测到的双星分数与无核心坍缩的星团中动力学演化理论预期值相比如何？
• RQ5 在缺乏中心亮度突增的情况下，双星对M4的能量预算有何贡献？

主要发现

• 星族成员的平均视向速度为70.29 ± 0.07 km/s，系统误差分别为±0.3和±0.1 km/s。
• 基于多 epoch 中显著的视向速度变化，共识别出57个光谱双星候选体。
• 对于V ≤ 15的恒星，3σ探测阈值约为0.3 km/s；对于V ≥ 15的恒星，约为0.5 km/s。
• 整个星团的双星分数下限为3.0 ± 0.3%，核心区域为5.1 ± 2.3%，核心外区域为3.0 ± 0.4%。
• 在半质心半径以外，双星分数降至1.8 ± 0.6%，表明双星分布存在径向梯度。
• 结果支持双星作为动力学加热源的作用，与M4虽年龄超过弛豫时间却未发生核心坍缩的观测事实一致。