[论文解读] Search for X-ray emission from bona-fide and candidate brown dwarfs

R. Neuhäuser, César Briceño+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 1998

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 3被引用 16

一句话总结

本研究利用ROSAT全源巡天和指向观测，调查了26个确证的和57个候选棕矮星的X射线辐射，从一个确证棕矮星（ρ Oph GY 202）和四个年轻金牛座候选体（MHO-4、MHO-5、V410 Anon 13、V410 x-ray 3）中检测到X射线辐射。结果表明，X射线辐射主要局限于年轻棕矮星（<3 Myr），而像毕宿星团和场棕矮星等较老天体则未检测到可探测的X射线辐射，暗示X射线活动存在显著的年龄依赖性。

ABSTRACT

Following the recent classification of the X-ray detected object V410 x-ray 3 with a young brown dwarf candidate (Briceno et al. 1998) and the identification of an X-ray source in Chamaeleon as young bona-fide brown dwarf (Neuhaeuser &amp; Comeron 1998), we investigate all ROSAT All-Sky Survey and archived ROSAT PSPC and HRI pointed observations with bona-fide or candidate brown dwarfs in the field of view with exposure times ranging from 0.13 to 221 ks, including dedicated 64 ks and 42 ks deep ROSAT HRI pointed observations on the low-mass star BRI0021-0214 and the brown dwarf Calar 3, respectively. Out of 26 bona-fide brown dwarfs, one is newly detected in X-rays, namely rho Oph GY 202. Also, four out of 57 brown dwarf candidates studied here are detected in X-rays, namely the young Taurus brown dwarf candidates MHO-4, MHO-5, V410 Anon 13, and V410 x-ray 3. The M9.5-type star BRI0021-0214 is not detected. In the appendix, we also present catalogued, but as yet unnoticed B- and R-band data for some of the objects studied here.

研究动机与目标

• 利用深度ROSAT观测，确定确证棕矮星和候选棕矮星是否发射X射线。
• 评估棕矮星的X射线光度函数，并约束其在不同年龄下的活动水平。
• 研究棕矮星中X射线辐射是否与自转、年龄或对流动力学相关。
• 评估棕矮星对弥散X射线背景的潜在贡献，特别是在MACHO模型背景下。

提出的方法

• 利用ROSAT全源巡天数据及档案中的ROSAT PSPC和HRI指向观测，曝光时间从0.13至221 ks。
• 对BRI 0021−0214和Calar 3分别进行了64 ks和42 ks的专用深度ROSAT HRI观测。
• 将棕矮星的光学/红外位置与USNO-PMM星表交叉比对，以获得B波段和R波段的星等，提供额外的测光背景信息。
• 通过ROSAT X射线数据中的源提取和背景减除，分析X射线检测的显著性。
• 根据年龄、质量及光谱类型对天体进行分类，特别强调区分年轻（如金牛座、ρ Oph）与较老（如毕宿星团、场）天体群体。
• 计算X射线光度（L_X）和总辐射光度（L_bol），以推导log(L_X/L_bol)，并与恒星及棕矮星模型进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在深度ROSAT观测中，确证棕矮星和候选棕矮星是否能探测到可检测的X射线辐射？
• RQ2 棕矮星的X射线辐射是否与年龄相关，如角动量损失和对流理论模型所建议的那样？
• RQ3 棕矮星的X射线光度函数是什么？其与极低质量恒星的光度函数相比如何？
• RQ4 棕矮星能否显著贡献于弥散X射线背景，特别是在其为MACHO星团一部分的情况下？
• RQ5 为何一些快速自转的棕矮星（如BRI 0021−0214）尽管具有高自转活动，却在X射线中未被探测到？

主要发现

• 新探测到一个确证棕矮星ρ Oph GY 202（log L_bol ≈ -1.84 L☉），其log(L_X/L_bol) ≈ -4.1。
• 四个年轻金牛座棕矮星候选体（MHO-4、MHO-5、V410 Anon 13、V410 x-ray 3）被探测到X射线辐射，所有天体年龄均≤1 Myr。
• M9.5型恒星BRI 0021−0214尽管自转迅速，但未在X射线中被探测到，3σ上限为L_X < 1.2 × 10²⁷ erg s⁻¹。
• 尽管观测深度足够，毕宿星团棕矮星（年龄~100 Myr）均未检测到X射线辐射，表明X射线活动存在强烈的年龄依赖性。
• 大多数确证棕矮星和候选棕矮星的上限值并未排除log(L_X/L_bol) ≈ -4（典型晚型恒星水平），但较老天体未被探测到，表明X射线辐射随年龄衰减。
• 结果表明，棕矮星的X射线辐射并非主要由自转驱动，而是由对流和发电机效率随年龄变化引起，强Hα和X射线辐射被限制在年轻、活跃的天体中。