[论文解读] Extremely faint high proper motion objects from SDSS stripe 82 - Optical classification spectroscopy of about 40 new objects

R. D. Scholz, J. Storm+2 more|ArXiv.org|Dec 8, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 116被引用 12

一句话总结

本研究利用深度SDSS条带82数据和VLT/FORS1光谱观测，识别出38个极其暗淡、高自行运动的天体——主要为超冷矮星和白矮星。研究发现了13个新的L型矮星、8个晚期M型矮星以及4个新的冷却白矮星，动力学证据表明存在一个正常金属丰度的晕族天体群体，并估算出晕族白矮星的空间密度为1.5–3.0 × 10⁻⁵ pc⁻³。

ABSTRACT

(abridged) Deep multi-epoch Sloan Digital Sky Survey data in a 275 square degrees area along the celestial equator (SDSS stripe 82 = S82) allowed us to search for extremely faint ($i>21$) objects with proper motions larger than 0.14 arcsec/yr. We classify 38 newly detected objects with low-resolution optical spectroscopy using FORS1 @ ESO VLT. All 22 previously known L dwarfs in S82 have been detected in our high proper motion survey. However, 11 of the known L dwarfs have smaller proper motions (0.01$$sdM7) subdwarfs. Some M subdwarf candidates have been classified based on spectral indices with large uncertainties. We failed to detect new nearby ($d<50$ pc) L dwarfs, probably because the S82 area was already well-investigated before. With our survey we have demonstrated a higher efficiency in finding Galactic halo CWDs than previous searches. The space density of halo CWDs is according to our results about 1.5-3.0 $ imes$ 10$^{-5}$ pc$^{-3}$.

研究动机与目标

• 在太阳邻域发现极其暗淡、高自行运动的天体，特别是冷却白矮星、亚矮星以及非常低质量恒星/棕矮星。
• 通过利用深度多历元SDSS数据，将高自行运动巡天的探测极限扩展至胶片巡天的范围之外。
• 利用甚大望远镜（VLT）上的低分辨率光学光谱仪对新发现的暗淡天体进行分类与表征。
• 利用光谱型-绝对星等关系估算这些天体的距离和切向速度。
• 通过研究超冷矮星的动力学与金属丰度，评估其起源于银河晕或厚盘的可能性。

提出的方法

• 利用深度多历元SDSS条带82数据（275 deg²）识别出i > 21且自行运动 > 0.14 arcsec/yr的天体。
• 构建归一化自行运动图（H_z/(i−z)）以区分主序星、亚矮星和冷却白矮星的序列。
• 对新发现的38个高自行运动候选体进行甚大望远镜/FORS1低分辨率光学光谱观测。
• 利用已知的光谱型-绝对星等关系估算距离与切向速度。
• 通过将观测光谱与已知的L型矮星、（超）冷亚矮星及白矮星光谱对比，对新天体进行分类。
• 在可能的情况下，通过光谱指数和高信噪比后续观测评估金属丰度与径向速度。

实验结果

研究问题

• RQ1 冷却白矮星在银河晕中的空间密度是多少？与以往估计相比如何？
• RQ2 超冷晕族天体（L型与M型矮星）是否表现出正常金属丰度，还是主要为金属贫乏，如同典型晕星一般？
• RQ3 在像SDSS这样的深度光学巡天中，高自行运动巡天能否探测到此前未被发现的、超出胶片巡天探测范围的近邻低光度天体？
• RQ4 为何一些高速晚期M型与L型矮星并非金属贫乏？这对其起源与运动学历史有何启示？
• RQ5 在现有巡天中，是否存在尚未被探测到的、暗淡的亚矮星或超冷亚矮星？

主要发现

• 通过光谱观测确认了13个新的L型矮星，但未发现新的超冷（sdM7或更晚）亚矮星。
• 识别出8个新的M7.5–M9.5型矮星，以及4个新的冷却白矮星，其亮度比此前已知的SDSS白矮星暗1–2个星等。
• 所有新发现的L型、晚期M型及冷却白矮星均表现出厚盘与晕族的动力学特征，表明其具有高切向速度。
• 估算的晕族冷却白矮星空间密度为1.5–3.0 × 10⁻⁵ pc⁻³，与先前估计一致，暗示其对暗晕重子质量的贡献可忽略不计。
• 在38个自行运动不确定的天体中，有9个表现出不切实际的高切向速度（700–2500 km/s），提示其自行运动可能被高估，需进一步历元测量验证。
• 光谱分析表明，部分中等M型矮星候选体可能实为亚矮星，尽管存在较大不确定性；尽管进行了广泛搜索，仍未发现新的超冷亚矮星。