[论文解读] Ross 19B: An Extremely Cold Companion Discovered via the Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project

Adam C. Schneider, Aaron Meisner+28 more|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2021

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 183被引用 18

一句话总结

本文通过公民科学项目 Backyard Worlds: Planet 9 发现了罗素19A的极冷T/Y型棕矮星伴星罗斯19B。利用改进的天体测量与运动学分析方法（基于修正的 BANYAN Σ 形式），作者确认了其物理关联概率为100%，确立了罗斯19B为目前已知最冷的宽距亚恒星伴星之一，其有效温度为500+115−100 K，质量为15–40 MJup，是未来利用哈勃或詹姆斯·韦布空间望远镜进行光谱表征的理想目标。

ABSTRACT

Through the Backyard Worlds: Planet 9 citizen science project, we have identified a wide-separation ($\sim$10', $\sim$9900 au projected) substellar companion to the nearby ($\sim$17.5 pc), mid-M dwarf Ross 19. We have developed a new formalism for determining chance alignment probabilities based on the BANYAN $\Sigma$ tool, and find a 100% probability that this is a physically associated pair. Through a detailed examination of Ross 19A, we find that the system is metal-poor ([Fe/H]=$-$0.40$\pm$0.12) with an age of 7.2$^{+3.8}_{-3.6}$ Gyr. Combining new and existing photometry and astrometry, we find that Ross 19B is one of the coldest known wide-separation companions, with a spectral type on the T/Y boundary, an effective temperature of 500$^{+115}_{-100}$ K, and a mass in the range 15-40 $M_{ m Jup}$. This new, extremely cold benchmark companion is a compelling target for detailed characterization with future spectroscopic observations using facilities such as the Hubble Space Telescope or James Webb Space Telescope.

研究动机与目标

• 利用公民科学数据识别并确认一颗与附近M型矮星物理关联的极冷亚恒星伴星。
• 确定罗斯19AB系统的物理参数，包括年龄、金属丰度和质量，以建立亚恒星演化模型的基准。
• 通过研究大气成分（特别是C/O比值）评估罗斯19B的形成起源，以区分原位形成与动力学散射。
• 评估未来利用哈勃或詹姆斯·韦布空间望远镜对罗斯19B进行高分辨率光谱表征的潜力。

提出的方法

• 利用 Backyard Worlds: Planet 9 公民科学项目，在WISE翻转图中识别移动天体，从而发现罗素19A的候选伴星 CWISE J021948.68+351845.3。
• 应用修正的 BANYAN Σ 形式计算偶然对齐概率，得出罗斯19A与罗斯19B之间物理关联的概率为100%。
• 结合新的凯克/MOSFIRE J波段成像数据与来自 Gaia EDR3、WISE 及其他巡天的现有天体测量与光度数据，以精化轨道与物理参数。
• 使用 SEDkit 进行谱谱能量分布（SED）建模，估算罗斯19B的有效温度与质量，使其位于T/Y型光谱边界。
• 利用光度与天体测量数据，测定罗斯19A的金属丰度（[Fe/H] = −0.40 ± 0.12）与年龄（7.2+3.8−3.6 Gyr），以约束系统演化。
• 提出未来利用 HST 或 JWST 进行光谱观测，以获取大气C/O比值，从而区分形成路径（如盘不稳定性或湍流破碎）。

实验结果

研究问题

• RQ1 宽距、极冷伴星 CWISE J021948.68+351845.3 是否与罗斯19A存在物理关联，还是仅为偶然对齐？
• RQ2 罗斯19B的精确物理参数（包括有效温度、质量与光谱型）为何？其与已知亚恒星基准相比如何？
• RQ3 罗斯19B的大气成分（特别是C/O比值）揭示了其形成机制——是盘内直接坍缩还是动力学散射？
• RQ4 由于其极端低温、精确约束的年龄与金属丰度，罗斯19B能否作为测试与校准亚恒星演化与大气模型的可靠基准？

主要发现

• 罗斯19A与罗斯19B之间的偶然对齐概率为100%，通过修正的 BANYAN Σ 形式确认其物理关联。
• 罗斯19A的金属丰度为 [Fe/H] = −0.40 ± 0.12，年龄为 7.2+3.8−3.6 Gyr，是一颗贫金属、古老的M型矮星。
• 罗斯19B是目前已知最冷的宽距伴星之一，有效温度为500+115−100 K，光谱型接近T/Y边界。
• 罗斯19B的质量被限制在15–40 MJup之间，处于行星质量边界附近。
• 罗斯19B在近红外波段（J ≈ 21.14 mag）非常暗淡，是未来利用哈勃或詹姆斯·韦布空间望远镜进行光谱表征的优先目标。
• 该系统的低金属丰度与极端低温使罗斯19B成为测试亚恒星大气与演化模型的稀有且宝贵的基准。