[论文解读] Discovery of 34 low-mass comoving systems using NOIRLab Source Catalog DR2

Frank Kiwy, Jacqueline K. Faherty+15 more|arXiv (Cornell University)|Apr 20, 2022

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 75被引用 7

一句话总结

本研究利用NOIRLab源星表DR2的精确自行测量，发现了34个新的低质量伴星系统——包含光谱类型为M、L和T的超冷矮星，与K/M型矮星或白矮星成对。通过将褐星候选体与NSC DR2的高精度天体测量数据交叉匹配，研究者识别出投影物理分离距离在169至8,487 AU之间的系统，总自行速度低至97 mas yr⁻¹，显著扩展了用于研究低温亚恒星天体及其形成与演化的基准系统样本。

ABSTRACT

We present the discovery of 34 comoving systems containing an ultra-cool dwarf found by means of the NOIRLab Source Catalog (NSC) DR2. NSC's angular resolution of $\sim$1" allows for the detection of small separation binaries with significant proper motions. We used the catalog's accurate proper motion measurements to identify the companions by cross-matching a previously compiled list of brown dwarf candidates with NSC DR2. The comoving pairs consist of either a very low-mass star and an ultra-cool companion, or a white dwarf and an ultra-cool companion. The estimated spectral types of the primaries are in the K and M dwarf regimes, those of the secondaries in the M, L and T dwarf regimes. We calculated angular separations between $\sim$2 and $\sim$56", parallactic distances between $\sim$43 and $\sim$261 pc and projected physical separations between $\sim$169 and $\sim$8487 AU. The lowest measured total proper motion is 97 mas yr$^{-1}$, the highest 314 mas yr$^{-1}$. Tangential velocities range from $\sim$23 to $\sim$187 km s$^{-1}$. We also determined comoving probabilities, estimated mass ratios and calculated binding energies for each system. We found no indication of possible binarity for any component of the 34 systems in the published literature. The discovered systems can contribute to the further study of the formation and evolution of low-mass systems as well as to the characterization of cool substellar objects.

研究动机与目标

• 识别太阳邻域中涉及超冷矮星（M、L、T型）的新伴星系统。
• 通过利用NOIRLab源星表DR2的深光学覆盖和高天体测量精度，克服在探测暗淡、低自行速度双星时的局限性。
• 扩展用于表征低温亚恒星天体（尤其是年龄和金属量未知者）的基准系统样本。
• 利用自行一致性与光度颜色筛选，探测此前被遗漏的白矮星和极低质量恒星的伴星。
• 为未来光谱后续观测提供资源，以确定主星的金属量、年龄和双星性质。

提出的方法

• 利用NSC DR2测光数据中的颜色筛选条件搜索超冷矮星候选体：1.4 < (i–z)NSC < 3.5 且 0.4 < (z–Y)NSC < 1.5。
• 选择自行速度 >100 mas yr⁻¹ 的天体以确保可检测到运动，并通过图像闪烁法进行视觉确认。
• 通过角距离接近性和一致的自行矢量，将候选体与NSC DR2源进行交叉匹配。
• 应用高恒星/星系分类器（>0.7）以优先选择点状源，减少误报。
• 利用视差距离和测光距离计算伴星系统的共动概率、质量比、束缚能及距离估计。
• 利用Gaia DR2/EDR3及其他星表交叉验证源星，评估偶然对齐导致的潜在污染。

实验结果

研究问题

• RQ1 NOIRLab源星表DR2能否通过高精度自行测量探测到包含超冷矮星的低质量、大分离双星系统？
• RQ2 新发现的包含超冷矮星的伴星系统中，物理分离距离、自行速度和切向速度的分布特征如何？
• RQ3 主星与次星之间的共动概率和距离差异如何帮助识别物理关联与偶然对齐？
• RQ4 高切向速度系统在多大程度上暗示其属于厚盘或晕族成员？这对金属量和年龄估计有何影响？
• RQ5 高Gaia RUWE值的系统是否可能指示主星存在未解析的双星结构？这对系统解释有何影响？

主要发现

• 本研究共发现34个新伴星系统，其中31个包含超冷矮星（M、L、T型）作为次星，主星处于K/M型矮星范围。
• 角分离范围为2″至56″，投影物理分离距离介于169 AU至8,487 AU之间，表明为宽双星系统。
• 总自行速度范围为97 mas yr⁻¹至314 mas yr⁻¹，切向速度为23 km s⁻¹至187 km s⁻¹，包括高vesc速度系统，提示可能存在厚盘或晕族成员。
• 共动概率范围为4.5%至99.9%，其中系统#9、#13和#15的共动概率较低且距离差异显著，表明可能为偶然对齐。
• 文献中未报告这34个系统中任一系统的先前双星性质，证实其新颖性，并显著扩展了低温亚恒星天体研究的基准系统样本。
• 高Gaia RUWE值系统（如#13的14）提示主星可能存在未解析的双星结构，建议开展光谱后续观测以确认多重性。