[论文解读] Finding proto-spectroscopic binaries: Precise multi-epoch radial velocities of 7 protostars in rho-Ophiuchus

P. Viana Almeida, C. Melo+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 29, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 64被引用 6

一句话总结

本研究利用甚大望远镜上的CRIRES仪器，对ρ Ophiuchus星形成区内的7颗原恒星进行了高精度近红外光谱观测，径向速度测量精度达0.02–1.22 km s⁻¹。其中3个源显示出显著的径向速度变化（4–6 km s⁻¹），为原光谱双星的存在提供了初步证据，表明在原恒星阶段多重系统可能普遍存在，初步双星分数约为71%。

ABSTRACT

The formation of spectroscopic binaries (SB) may be a natural byproduct of star formation. The early dynamical evolution of multiple stellar systems after the initial fragmentation of molecular clouds leaves characteristic imprints on the properties of young, multiple stars. The discovery and the characterization of the youngest SB will allow us to infer the mechanisms and timescales involved in their formation. Our work aims to find spectroscopic companions around young stellar objects (YSO). We present a near-IR high-resolution (R ~ 60000) multi-epoch radial velocity survey of 7 YSO in the star forming region (SFR) rho-Ophiuchus. The radial velocities of each source were derived using a two-dimensional cross-correlation function, using the zero-point established by the Earth's atmosphere as reference. More than 14 spectral lines in the CO (0-2) bandhead window were used in the cross-correlation against LTE atmospheric models to compute the final results. We found that the spectra of the protostars in our sample agree well with the predicted stellar photospheric profiles, indicating that the radial velocities derived are indeed of stellar nature. Three of the targets analyzed exhibit large radial velocity variations during the three observation epochs. These objects - pending further confirmation and orbital characteristics - may become the first evidence for proto-spectroscopic binaries, and will provide important constraints on their formation. Our preliminary binary fraction (BF) of ~71% (when merging our results with those of previous studies) is in line with the notion that multiplicity is very high at young ages and therefore a byproduct of star formation

研究动机与目标

• 检测ρ Ophiuchus星形成区内迄今已知最年轻的原恒星周围是否存在光谱双星伴星。
• 在近红外波段实现前所未有的高精度径向速度测量，针对Class I/II原恒星。
• 探究光谱双星系统是否在主序前阶段即已形成。
• 评估动力学演化在嵌入式原恒星阶段塑造多星系统的作用。
• 通过识别早期阶段的光谱双星，约束多重系统的形成 timescales 和形成机制。

提出的方法

• 利用甚大望远镜/UT1上的CRIRES仪器，开展多 epoch 近红外光谱观测，分辨力R ~ 60,000。
• 采用二维互相关函数（2D-XCF）推导径向速度，以地球大气作为零点参考。
• 将观测光谱与CO Δν = (0–2)带头区域的LTE大气模型进行互相关，使用超过14条光谱线。
• 利用大气吸收特征作为稳定参考系，对径向速度测量进行校准。
• 通过评估三个观测 epoch 间的径向速度稳定性与变化，识别轨道运动。
• 结合先前的成像调查结果，估算样本中的整体双星分数。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用高精度径向速度测量，在亚AU分离距离上探测到嵌入式原恒星周围的光谱伴星？
• RQ2 在ρ Ophiuchus区域的Class I/II原恒星中，光谱双星的频率如何？
• RQ3 年轻原恒星中径向速度的变化是否表明存在早期恒星形成过程中形成的密近双星系统？
• RQ4 原恒星阶段的观测多重性比率与主序星相比如何？这对形成机制有何启示？
• RQ5 第三颗伴星的存在是否可解释年轻多星系统中内层双星系统的动力学演化？

主要发现

• 在7颗原恒星中，有3颗（L1689NO2、IRS34和VSSG18）在三个观测 epoch 中表现出4–6 km s⁻¹的径向速度变化，表明可能存在光谱双星系统。
• 实现的径向速度精度范围为0.02至1.22 km s⁻¹，足以探测距离极近的行星质量伴星。
• 推导出的径向速度与恒星光球轮廓一致，确认测量结果源自恒星本身。
• 结合先前的成像调查，样本显示初步双星分数约为71%，表明原恒星阶段多重性水平很高。
• 在未发现可见伴星的情况下探测到一个光谱双星候选体（VSSG18），表明光谱双星可能在宽距目视双星形成之前或独立形成。
• 结果支持动力学演化（可能由第三颗伴星通过Kozai振荡驱动）在Class I/II阶段（约10⁵年）已开始活跃的假设。