[论文解读] Accurate masses of very low mass stars: IV Improved mass-luminosity relations

X. Delfosse, T. Forveille+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 40

一句话总结

本文利用光谱双星获得的高精度质量数据，针对非常低质量恒星（M < 0.6 M☉）提出了改进的实测质量-光度关系，表明近红外波段的观测质量-光度关系与现代恒星模型（Baraffe et al. 1998；Siess et al. 2000）高度一致，而V波段则因大气消光效应导致约0.5星等的偏差。研究建议在质量函数推导中优先使用红外波段的质量-光度关系，以避免产生显著偏差。

ABSTRACT

We present improved visual and near-infrared empirical mass-luminosity relations for very low mass stars (M$&lt;$0.6~\\Msol). These relations make use of all stellar masses in this range known with better than 10% accuracy, most of which are new determinations with 0.2 to 5% accuracy from our own programme, presented in a companion paper. As predicted by stellar structure models, the metallicity dispersion of the field populations induces a large scatter around the mean V band relation, while the infrared relations are much tighter. The agreement of the observed infrared mass-luminosity relations with the theoretical relations of Baraffe et al. (1998) and Siess et al. (2000) is impressive, while we find an increasingly significant discrepancy in the V band for decreasing masses. The theoretical mass-luminosity relation which is insufficiently steep, and has introduced some errors in the local stellar mass functions derived from V band luminosity functions.

研究动机与目标

• 利用高精度质量测量校准非常低质量恒星（M < 0.6 M☉）的质量-光度关系。
• 评估理论恒星模型（Baraffe et al. 1998；Siess et al. 2000）在光学与近红外波段与实测数据的一致性。
• 量化金属丰度弥散与大气消光（尤其是分子与尘埃消光）对V波段质量-光度关系的影响及其对恒星质量函数推导的含义。
• 建议在质量函数推导中优先使用近红外波段的质量-光度关系，以减少估计偏差。

提出的方法

• 从OHP和CFHT的观测中获取14颗非常低质量恒星及双星的高精度径向速度测量与天体测量数据。
• 利用光谱与天体测量技术，以0.2–5%的精度确定恒星质量。
• 测量V、R、I、J、H、K、L和L'波段的绝对星等，构建多波段实测质量-光度关系。
• 将实测质量-光度关系与Baraffe et al.（1998）和Siess et al.（2000）的理论模型进行比较，评估不同波段中的偏差。
• 分析金属丰度弥散与大气消光（特别是分子与尘埃消光）在导致V波段质量-光度关系散射与偏差中的作用。
• 利用实测质量-光度关系评估从光度函数推导质量函数的可靠性，尤其在存在类似Malmquist偏差的情况下。

实验结果

研究问题

• RQ1 与实测数据相比，当前理论质量-光度关系对非常低质量恒星（M < 0.6 M☉）的准确性如何？
• RQ2 为何V波段质量-光度关系与理论模型存在显著偏差（约0.5星等），而近红外波段关系却与模型高度一致？
• RQ3 金属丰度弥散在多大程度上导致了V波段质量-光度关系的散射？其与近红外波段散射相比如何？
• RQ4 大气消光模型的不确定性在多大程度上影响了由光学测光获得的质量估计精度？
• RQ5 这些偏差对从光度函数推导恒星质量函数有何影响？

主要发现

• 实测的近红外波段质量-光度关系（J、H、K波段）与Baraffe et al.（1998）和Siess et al.（2000）的理论模型高度一致，验证了其在约0.1 M☉的预测能力。
• 非常低质量恒星在V波段存在系统性约0.5星等的偏差，模型在0.3 M☉以上偏亮，而在0.1 M☉时则偏暗。
• V波段质量-光度关系因金属丰度弥散与大气消光效应而表现出显著的内在散射，而近红外波段关系的散射则小得多。
• 理论模型对0.3 M☉以上的恒星V波段光度高估约0.5星等，表明可见光波段消光处理存在缺陷，特别是分子与尘埃消光源的处理不足。
• 实测V波段质量-光度关系的斜率介于BCAH与SDF模型之间，表明使用任一模型都将导致低质量星计数的低估或高估，偏差达10–20%。
• V波段质量-光度关系中的大散射与偏差在质量函数推导中引入了显著的类似Malmquist偏差，因此近红外波段质量-光度关系在准确估计质量函数方面远为优选。