[论文解读] Kelu-1 AB - A possible brown dwarf triple system

M. B. Stumpf, W. Brandner+6 more|ArXiv.org|Nov 4, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 1被引用 3

一句话总结

本研究利用哈勃望远镜（HST）和甚大望远镜/NAco（VLT/NACO）的高分辨率成像与天体测量数据，首次对柯鲁-1 AB棕矮星双星系统进行了动力学质量测量，测得总质量为177$^{+113}_{-55}$ M$_{ m Jup}$，并提供了可能存在第三颗成员的有力证据，表明柯鲁-1 AB可能是首个被确认的棕矮星三合星系统。

ABSTRACT

We have monitored the benchmark L dwarf binary Kelu-1AB over the past 3 years to derive improved spectral types and luminosities for the individual components. The astrometric measurements enable us to compute the orbital parameters and result in the first dynamical mass estimate for the system. We obtained resolved high angular resolution, near-IR images with HST and the VLT/NACO adaptive optics instrument in the J, H and Ks bands. In addition we used NACO to achieve the first spatially resolved mid-resolution spectra in the H- and K-band for a precise spectral type determination. The near-IR spectrum of Kelu-1A reveals a distinct dip in the H-band providing evidence that Kelu-1 A itself is a spectroscopic binary. We derive spectral types of L0.5+- 0.5 for Kelu- 1 Aa and T7.5+-1 for Kelu-1 Ab. Kelu-1B is classified as spectral type L3pec +-1.5. From the relative orbit, we derive an orbital period of 38 +8 -6 years and a semi-major axis of 6.4+2.4 -1.3 AU. This yields the first dynamically determined total system mass of 177 +113 -55 Mjup for the Kelu-1AB system, with the uncertainties mainly attributed to the error of the system distance measurement and the yet missing apastron passage. The derived properties of Kelu-1AB allow us to test common theoretical models. The comparison of our results with color-magnitude diagrams based on evolutionary models yields a slightly revised age estimate (0.3 - 0.5 Gyr) and a discrepancy between dynamically and theoretically derived masses, stressing the importance for further dynamical mass determinations of brown dwarf binaries.

研究动机与目标

• 独立于理论模型，确定柯鲁-1 AB棕矮星双星系统的轨道参数和动力学质量。
• 利用高角分辨率近红外成像与光谱学，解析并表征柯鲁-1 AB的各个组分。
• 检验观测特性与理论演化模型及质量-光度关系的一致性。
• 调查系统中可能存在一个未解析的第三颗成员，以解释动力学质量与理论质量之间的差异。
• 利用空间分辨数据，改进各组分的光谱型与测光测量。

提出的方法

• 利用哈勃望远镜/NICMOS和甚大望远镜/NACO自适应光学系统，在J、H和K$_{\rm s}$波段获取高角分辨率近红外图像。
• 利用NACO获取空间分辨的中等分辨率H波段和K波段光谱，以精确确定各组分的光谱型。
• 从2005年至2008年进行八次测地测量，以追踪轨道运动并推导轨道元素。
• 将观测到的天体测量数据拟合至开普勒轨道元素，以计算轨道周期、半长轴、偏心率和倾角。
• 利用轨道解和距离测量，应用牛顿力学公式计算总系统质量：$ M = \frac{a^3}{P^2} \cdot \frac{4\pi^2}{G} $。
• 将观测到的测光数据与光谱型与理论DUSTY演化模型进行比较，以估算年龄并检验质量-光度关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 柯鲁-1 AB棕矮星双星系统的动力学质量是多少？与理论预测相比如何？
• RQ2 柯鲁-1 AB的各个组分是否在近红外成像与光谱学中被解析？其精确光谱型为何？
• RQ3 是否存在一个未解析的第三颗成员，可解释动力学质量与理论质量之间的差异？
• RQ4 柯鲁-1 AB的观测测光与光谱特性与演化模型预测相比如何？
• RQ5 该系统的轨道解是什么？它如何约束系统的年龄与质量分布？

主要发现

• 首次获得柯鲁-1 A与B的解析近红外光谱，显示柯鲁-1 A在H波段存在明显的吸收凹陷，与光谱双星特征一致。
• 光谱型被精确为：柯鲁-1 Aa为L0.5$\pm$0.5，柯鲁-1 Ab为T7.5$\pm$1，柯鲁-1 B为L3 pec$\pm$1.5。
• 轨道解给出周期为$38^{+8}_{-6}$年，半长轴为$6.4^{+2.4}_{-1.3}$ AU，偏心率$e = 0.82 \pm 0.10$。
• 总动力学质量为$177^{+113}_{-55}$ M$_{\rm Jup}$，显著高于棕矮星双星系统的理论预期。
• 如此高的质量意味着若仅存在两个组分，主星可能为一颗极低质量恒星，与其中早期的L型分类相矛盾。
• 质量差异暗示存在一个未解析的第三颗成员，若属实，将使柯鲁-1 AB成为首个被观测到的棕矮星三合星系统，且所有组分质量均低于75 M$_{\rm Jup}$。