[论文解读] Southern Infrared Proper Motion Survey III: Constraining the mass function of low mass stars

N. R. Deacon, G. Nelemans+1 more|ArXiv.org|Apr 15, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 32被引用 8

一句话总结

本研究利用南天红外自行测量调查II（SIPS-II）的模拟，约束了低质量恒星（0.075–0.2 M☉）的质量函数，校正了双星系统和观测不完整性的影响。结果得到幂律质量函数指数 α = −0.62 ± 0.26，与多项近期研究一致，表明在低质量区域其斜率比Salpeter初始值1.35更平缓。

ABSTRACT

The stellar mass function is one of the fundamental distributions of stellar astrophysics. Its form at masses similar to the Sun was found by Salpeter (1955) to be a power-law $m^{-α}$ with a slope of $α=1.35$. Since then the mass function in the field, in stellar clusters and in other galaxies has been studied to identify variation due to environment and mass range. Here we use results from previous papers in the SIPS series to constrain the mass function of low mass stars (0.075M$_\odot$$

研究动机与目标

• 利用SIPS-II调查的观测数据，约束低质量范围（0.075–0.2 M☉）的恒星质量函数。
• 基于Deacon & Hambly（2006）的模型，使用模拟调查方法对本地低质量恒星种群进行建模，考虑可变的质量函数指数和形成率参数。
• 校正未分辨双星系统的影响，这些系统可能在调查中导致光度和颜色测量偏差。
• 通过将模拟调查结果与实际SIPS-II数据对比，考虑观测不完整性与测光误差，评估所推导质量函数的可靠性。
• 根据探测极限与模拟完整性，确定所推导质量函数适用的质量范围。

提出的方法

• 使用蒙特卡洛方法模拟本地低质量恒星种群，质量范围为0.03至0.5 M☉，年龄最大达10 Gyr。
• 改变输入参数：质量函数指数 α 和形成率参数 β，以生成合成调查输出。
• 应用质量-光度关系（来自Delfosse等，2000年），将质量转换为K波段星等和I−J颜色。
• 应用SIPS-II的探测标准（自行速度在0.1至0.5 arcsec/yr之间，UKST和2MASS提供的I波段与K波段测光）以模拟可探测性。
• 将模拟的颜色-星等分布与自行分布与实际SIPS-II数据进行对比，以确定最佳拟合参数。
• 使用文献中得出的双星分数模型（例如Maxsted & Jeffries，2005年）对最佳拟合模型进行校正，调整光度稀释与颜色偏移。

实验结果

研究问题

• RQ1 SIPS-II调查所约束的低质量范围（0.075–0.2 M☉）内，恒星质量函数的斜率是多少？
• RQ2 在使用红外自行调查时，未分辨双星系统如何影响推断的质量函数？
• RQ3 观测不完整性与测光误差在多大程度上影响所推导的质量函数参数？
• RQ4 所推导的质量函数指数与使用不同方法和质量范围的其他研究结果相比如何？
• RQ5 0.09–0.1 M☉范围内的恒星数密度是多少？与独立估计相比如何？

主要发现

• 在对双星系统进行校正并考虑模型不确定性后，0.075–0.2 M☉范围内恒星质量函数的最佳拟合幂律指数为 α = −0.62 ± 0.26。
• 所推导的质量函数与Allen等（2005年）及Zheng等（2001年）的结果一致，并在1σ误差范围内与Chabrier（2005年）在相同质量范围内的对数正态质量函数相符。
• 0.09–0.1 M☉范围内恒星的数密度估计为0.0038 ± 0.0013 颗/立方秒差距，与Burgasser（2004年）和Chabrier（2005年）的结果在1σ误差范围内一致。
• 本研究对恒星形成率参数β无强约束，表明数据未强烈支持本地区域任何特定的时间依赖性恒星形成历史。
• 质量函数在约0.1 M☉处出现峰值，并随质量增加而下降，低于氢燃烧极限处出现急剧下降，与理论预期一致。
• 基于模拟的方法成功再现了SIPS-II样本的观测颜色-星等分布与自行分布，验证了该方法在今后调查中的适用性。