[论文解读] HD 77407 and GJ 577: two new young stellar binaries detected with the Calar Alto Adaptive Optics system ALFA

M. Mugrauer, R. Neuhäuser+10 more|ArXiv.org|Feb 4, 2004

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 15

一句话总结

本研究利用卡拉斯托3.5米望远镜上的ALFA自适应光学系统，通过高分辨率红外成像，发现了两个年轻的恒星双星系统HD 77407 B和GJ 577 B。通过共动运动和光谱学确认了这些伴星，其质量分别为约0.3–0.5 M☉和约0.16–0.2 M☉，根据演化模型估计年龄分别为10–40 Myr和>100 Myr。

ABSTRACT

We present the first results from our search for close stellar and sub-stellar companions to young nearby stars on the northern sky. Our infrared imaging observations are obtained with the 3.5 m Calar Alto telescope and the AO system ALFA. With two epoch observations which were separated by about one year, we found two co-moving companion candidates, one close to HD 77407 and one close to GJ 577. For the companion candidate near GJ 577, we obtained an optical spectrum showing spectral type M4.5; this candidate is a bound low-mass stellar companion confirmed by both proper motion and spectroscopy. We estimate the masses for HD 77407 B and GJ 577 B to be ~0.3 to 0.5 Msun and ~0.16 to 0.2 Msun, respectively. Compared to Siess al.(2000) models, each of the two pairs appears co-eval with HD 77407 A,B being 10 to 40 Myrs old and GJ 577 A,B being older than 100 Myrs. We also took multi-epoch high-resolution spectra of HD 77407 to search for sub-stellar companions, but did not find any with 3 Mjup as upper mass (msin(i)) limit (for up to 4 year orbits); however, we detected a long-term radial velocity trend in HD 77407 A, consistent with a ~ 0.3 Msun companion at ~ 50 AU separation, i.e. the one detected by the imaging. Hence, HD 77407 B is confirmed to be a bound companion to HD 77407 A. We also present limits for undetected, but detectable companions using a deep image of HD 77407 A and B, also observed with the Keck NIRC2 AO system; any brown dwarfs were detectable outside of 0.5 arcsec (17 AU at HD 77407), giant planets with masses from ~ 6.5 to 12 Mjup were detectable at > 1.5 arcsec.

研究动机与目标

• 利用高分辨率红外成像，在北天的年轻邻近恒星周围探测近距离的恒星和亚恒星伴星。
• 通过共动运动和光谱学分析，识别并确认束缚伴星。
• 利用演化模型估算新发现双星系统的年龄和质量。
• 利用ALFA和凯克NIRC2 AO数据，建立未检测到伴星的动态范围限制。
• 基于成像灵敏度，评估在年轻恒星周围探测棕矮星和类木行星的可检测性。

提出的方法

• 利用卡拉斯托3.5米望远镜上的ALFA自适应光学系统，在J、H和K波段获取深度红外成像。
• 进行两次相隔约1年的观测，以识别共动伴星候选体。
• 对GJ 577伴星获取光学光谱，确认其光谱型为M4.5，从而证实其为束缚系统。
• 对HD 77407进行径向速度监测，以探测可能指示遥远伴星的长期趋势。
• 利用多 epoch 高分辨率光谱，搜索质量下限达3 M_Jup的亚恒星伴星。
• 比较ALFA和凯克NIRC2 AO的成像数据，推导出在星等差值与分离距离之间的动态范围限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在年轻、邻近的恒星系统，其近距离伴星可通过自适应光学成像探测到？
• RQ2 能否通过自行运动和光谱学确认共动伴星候选体为束缚系统？
• RQ3 基于演化模型，新发现伴星的质量和年龄估计为何？
• RQ4 在年轻恒星周围探测棕矮星和类木行星的灵敏度限制是什么？
• RQ5 ALFA和凯克NIRC2 AO系统在探测微弱伴星方面的动态范围如何比较？

主要发现

• HD 77407 B 是一个束缚伴星，质量约为0.3–0.5 M☉，年龄估计为10–40 Myr，由径向速度趋势和共动运动证实。
• GJ 577 B 是一个低质量恒星伴星，质量约为0.16–0.2 M☉，光谱型为M4.5，通过光谱学和自行运动确认。
• 根据Siess等人（2000）的模型，系统HD 77407 A/B的年龄为10–40 Myr，而GJ 577 A/B更老，年龄>100 Myr。
• 在0.5角秒分离处（17 AU），ALFA系统实现了ΔH = 9等的动态范围，使棕矮星在0.5角秒以外可被探测到。
• 在分离距离≥1.5角秒（50 AU）处，质量在~6.5至12 M_Jup之间的类木行星可被探测到，此时ΔH = 12等。
• 在HD 77407 A周围轨道周期长达4年的范围内，未探测到质量m sin i ≤ 3 M_Jup的亚恒星伴星，与距离约50 AU处存在0.3 M☉伴星的结论一致。