[论文解读] Not Alone: Tracing the Origins of Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs Through Multiplicity Studies

Adam J. Burgasser, I. Neill Reid+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 6, 2006

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 14

一句话总结

本文综述了非常低质量（VLM）恒星和棕矮星（M ≤ 0.1 M☉）的多重性研究，发现VLM双星通常为近距离（93%在20 AU以内），且质量比接近相等（77%的质量比 ≥ 0.8），在质量低于约0.3 M☉时宽距双星显著减少——形成‘宽距分离荒漠’，表明其形成或演化具有质量依赖性。该研究将这些经验趋势与恒星形成理论模型联系起来，并呼吁开展更深入、体积受限的调查以阐明形成机制。

ABSTRACT

The properties of multiple stellar systems have long provided important empirical constraints for star formation theories, enabling (along with several other lines of evidence) a concrete, qualitative picture of the birth and early evolution of normal stars. At very low masses (VLM; M <~ 0.1 M_sun), down to and below the hydrogen burning minimum mass, our understanding of formation processes is not as clear, with several competing theories now under consideration. One means of testing these theories is through the empirical characterization of VLM multiple systems. Here, we review the results of various VLM multiplicity studies to date. These systems can be generally characterized as closely separated (93% have projected separations Delta < 20 AU) and near equal-mass (77% have M_2/M_1 >= 0.8) occurring infrequently (perhaps 10-30%). Both the frequency and maximum separation of stellar and brown dwarf binaries steadily decrease for lower system masses, suggesting that VLM binary formation and/or evolution may be a mass-dependent process. There is evidence for a fairly rapid decline in the number of loosely-bound systems below ~0.3 M_sun, corresponding to a factor of 10-20 increase in the minimum binding energy of VLM binaries as compared to more massive stellar binaries. This wide-separation ``desert'' is present among both field (~1-5 Gyr) and older (> 100 Myr) cluster systems, while the youngest (<~10 Myr) VLM binaries, particularly those in nearby, low-density star forming regions, appear to have somewhat different systemic properties. We compare these empirical trends to predictions laid out by current formation theories, and outline future observational studies needed to probe the full parameter space of the lowest mass multiple systems.

研究动机与目标

• 通过研究VLM恒星和棕矮星的多重性特性，理解其形成机制。
• 通过分析VLM双星的频率、分离度和质量比分布，检验关于VLM恒星形成的竞争性理论。
• 识别当前调查中的观测偏差，并倡导采用体积受限的完整样本以减少选择效应。
• 比较场星与年轻星团中的多重性趋势，以约束双星演化的时间尺度和环境依赖性。
• 概述未来观测策略（如光谱、天体测量和干涉测量监测），以表征VLM多重系统。

提出的方法

• 系统综述现有VLM恒星和棕矮星多重性调查，重点关注投影分离度、质量比和双星频率。
• 分析不同环境中VLM双星的特性：场星（1–5 Gyr）、较老星团（>100 Myr）和年轻星形成区（≤10 Myr）。
• 将经验性的多重性趋势与恒星形成模型的理论预测进行比较，特别关注质量依赖的形成或动力学演化。
• 利用径向速度、天体测量和成像调查（如2MASS、DENIS、SDSS）识别并表征VLM双星和宽距伴星。
• 应用自行分析和光谱学方法，以区分真实物理双星与视线方向上的投影重合。
• 评估干涉测量和食双星探测技术，分别用于探测紧密系统和边缘朝向系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 VLM双星系统的投影分离度频率和分布如何？其随主星质量的变化如何？
• RQ2 VLM双星的质量比与大质量恒星相比如何？这对形成机制有何启示？
• RQ3 为何在质量低于约0.3 M☉时宽距VLM双星显著减少？这是由于形成机制还是动力学演化所致？
• RQ4 VLM双星的多重性特性在年轻星形成区与较老场星群中如何不同？
• RQ5 哪些观测策略最有效于识别和表征完整、无偏的VLM多重系统样本？

主要发现

• 93%的VLM双星具有投影分离度 <20 AU，表明其偏好近距离系统。
• 77%的VLM双星具有质量比 ≥0.8，表明其强烈偏好质量相近的组分。
• VLM双星的频率和最大分离度随质量减小而降低，表明其形成或演化具有质量依赖性。
• 在约0.3 M☉以下存在‘宽距分离荒漠’，其最小结合能相比更高质量双星增加10–20倍。
• 该‘宽距分离荒漠’在场星（1–5 Gyr）和较老星团系统（>100 Myr）中均被观测到，表明其并非瞬态特征。
• 在低密度星形成区中，年龄≤10 Myr的VLM双星表现出不同的系统特性，提示早期动力学演化或环境效应。