[论文解读] An Adaptive Optics Census of Companions to Northern Stars Within 25 pc with Robo-AO

Maïssa Salama, Carl Ziegler+9 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 41被引用 14

一句话总结

本研究利用Robo-AO的机器人自适应光学系统，对25 pc内的恒星伴星进行了体积受限的普查，检测到154个伴星候选体，其分离角从0.′′15至4.′′0不等，星等差最大达∆mi′ ≤7。该调查通过Gaia EDR3天体测量确认了53个物理关联系统，报告了FGK型恒星的多重性分数为40.9%±3.0%，M型恒星为28.2%±2.3%，并识别出49个新伴星，显著提升了邻近恒星系统的普查结果。

ABSTRACT

In order to assess the multiplicity statistics of stars across spectral types and populations in a volume-limited sample, we censused nearby stars for companions with Robo-AO. We report on observations of 1157 stars of all spectral types within 25 pc with decl. $>-13^{\circ}$ searching for tight companions. We detected 154 companion candidates with separations ranging from $\sim$0.15$''$ to 4.0$''$ and magnitude differences up to $\Delta$m$_{ extit{i'}}\le$7 using the robotic adaptive optics instrument Robo-AO. We confirmed physical association from Gaia EDR3 astrometry for 53 of the companion candidates, 99 remain to be confirmed, and 2 were ruled out as background objects. We complemented the high-resolution imaging companion search with a search for co-moving objects with separations out to 10,000 AU in Gaia EDR3, which resulted in an additional 147 companions registered. Of the 301 total companions reported in this study, 49 of them are new discoveries. Out of the 191 stars with significant acceleration measurements in the Hipparcos-Gaia catalog of accelerations, we detect companions around 115 of them, with the significance of the acceleration increasing as the companion separation decreases. From this survey, we report the following multiplicity fractions (compared to literature values): 40.9%$\pm$3.0% (44%) for FGK stars and 28.2%$\pm$2.3% (27%) for M stars, as well as higher-order fractions of 5.5%$\pm$1.1% (11%) and 3.9%$\pm$0.9% (5%) for FGK stars and M type stars, respectively.

研究动机与目标

• 评估在体积受限样本中，不同光谱类型和恒星族群的多重性统计特征。
• 利用Robo-AO的机器人自适应光学系统进行高角分辨率成像，探测此前未解析的伴星。
• 改进太阳邻近区域恒星伴星的普查，特别是M型矮星和FGK型恒星。
• 利用Gaia EDR3天体测量验证物理关联性，并识别表现出加速运动的恒星，以指示存在未见伴星。
• 结合高分辨率成像与Gaia EDR3中的宽场共动天体搜寻，以最大化伴星检测效率。

提出的方法

• 使用完全自主的Robo-AO激光自适应光学仪器，对25 pc内且赤纬> −13°的1157颗恒星进行了体积受限调查。
• 执行高分辨率成像，以检测分离角在∼0.′′15至4.′′0之间、星等差最大为∆mi′ ≤7的紧密伴星。
• 利用Gaia EDR3天体测量，基于自行和视差的一致性，确认伴星候选体的物理关联性。
• 通过Gaia EDR3自行和视差数据，对距离达10,000 AU以内的宽场共动天体进行补充搜寻。
• 应用统计分析，按光谱类型推导出多重性分数和高阶多重性率。
• 利用Hipparcos–Gaia加速度星表对结果进行交叉验证，识别出存在显著轨道扰动的恒星。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过高分辨率成像和Gaia天体测量，25 pc内FGK型和M型恒星的多重性分数是多少？
• RQ2 Robo-AO的自适应光学成像在太阳邻近区域揭示了多少个此前未被探测到的伴星？
• RQ3 Gaia EDR3自行和视差测量在多大程度上确认了伴星候选体的物理关联性？
• RQ4 Hipparcos–Gaia星表中的加速度测量与伴星检测在分离角减小时的相关性如何？
• RQ5 当结合Robo-AO成像与Gaia共动天体搜寻时，紧密伴星与宽距伴星的总发现量是多少？

主要发现

• 该调查检测到154个伴星候选体，其分离角范围为∼0.′′15至4.′′0，星等差最大达∆mi′ ≤7。
• 其中53个伴星通过Gaia EDR3天体测量被确认为物理关联，99个仍待确认，2个被排除为背景天体。
• FGK型恒星的多重性分数为40.9%±3.0%，M型恒星为28.2%±2.3%，高阶多重性分数分别为5.5%±1.1%和3.9%±0.9%。
• 在报告的总共301个伴星中，有49个是新发现，显著扩展了已知邻近恒星系统的普查。
• 在Hipparcos–Gaia星表中具有显著加速度测量的191颗恒星中，115颗被发现拥有伴星，且加速度显著性随伴星分离角减小而增加。
• Robo-AO成像与Gaia EDR3共动天体搜寻相结合，共恢复出301个伴星，证明了多方法结合在伴星探测中的强大效能。