[论文解读] Spectroscopy of Very Low Mass Stars and Brown Dwarfs in the Lambda Orionis Star Forming Region. I. Enlarging the census down to the planetary mass domain in Collinder 69

A. Bayo, D. Barrado+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2011

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 71被引用 52

一句话总结

本研究利用光学和近红外光谱，对猎户座星云形成区中Collinder 69星团内的年轻极低质量恒星和棕矮星进行了迄今为止最完整、经光谱确认的普查，识别出质量低至0.016 M⊙（约16.5 MJup）的成员。研究建立了从0.016至20 M⊙的稳健初始质量函数（IMF），并发现其空间分布模式对棕矮星在此环境中通过弹射形成机制的理论提出了挑战。

ABSTRACT

Whilst there is a generally accepted evolutionary scheme for the formation of low-mass stars, the analogous processes when moving down in mass to the brown dwarfs regime are not yet well understood. In this first paper we try to build the most complete and unbiased spectroscopically confirmed census of the population of Collinder 69, the central cluster of the Lambda Orionis star forming region, as a first step in addressing the question of how brown dwarfs and planetary mass objects form. We have studied age dependent features in optical and near-infrared spectra of candidate members to the cluster (such as alkali lines and accretion associated indicators). In addition, we have complemented that study with the analysis of other youth indicators like X-ray emission or mid-infrared excess. We have confirmed the membership to Collinder 69 of \sim90 photometric candidate members. As a byproduct we have determined a temperature scale for young M, very low-mass stars and brown dwarfs. We have assembled one of the most complete Initial Mass Functions from 0.016 to 20 M\odot. And, finally, we have studied the implications of the spatial distribution of the confirmed members on the proposed mechanisms of brown dwarfs formation.

研究动机与目标

• 建立Collinder 69星团中极低质量恒星和棕矮星最完整且无偏见的光谱确认普查。
• 基于光谱确认的成员，确定从0.016 M⊙到20 M⊙的初始质量函数（IMF）。
• 通过分析已确认成员的空间分布，评估棕矮星的形成机制。
• 利用光谱特征建立年轻M型矮星、极低质量恒星和棕矮星的温度标度。
• 在星团空间结构的背景下，评估棕矮星弹射形成情景的可行性。

提出的方法

• 利用多个望远镜（包括Keck、VLT、Magellan和Subaru）获取约170个候选成员的光学和近红外光谱。
• 使用碱金属线和吸积指示剂（如Hα发射线）作为年轻天体的诊断工具，以确认星团成员身份。
• 将CFHT、XMM-Newton和IRAC的测光数据与光谱结果结合，交叉验证成员身份并推导物理参数。
• 基于Basri等人（2000）的分子吸收带和温度标度，进行光谱型分类。
• 基于有效温度和总辐射光度，利用5 Myr复合等时曲线（SIESS + COND）计算质量。
• 通过每个源的三种独立质量估计值以及两个空间区域（XMM、CFHT、IRAC重叠区与完整CFHT视场）构建初始质量函数。

实验结果

研究问题

• RQ1 Collinder 69星团中极低质量恒星和棕矮星的最完整且无偏见的光谱确认普查是什么？
• RQ2 基于光谱确认成员的初始质量函数（IMF）与同年龄年轻星协中的测光IMF相比有何异同？
• RQ3 已确认成员的空间分布揭示了关于棕矮星形成机制的哪些信息？
• RQ4 如碱金属线和Hα发射线等年轻天体指标在多大程度上支持行星质量天体中存在吸积和活动现象？
• RQ5 基于空间分布与质量分布数据，棕矮星在Collinder 69环境中的弹射形成情景是否可行？

主要发现

• 研究利用光谱年轻性指标（如碱金属线和Hα发射线）确认了90个测光候选成员属于Collinder 69，另有9个可能成员。
• 本研究为年轻M型矮星、极低质量恒星和棕矮星建立了温度标度，光谱型L0–L2对应的有效温度约为2000 K。
• 所推导的初始质量函数（IMF）覆盖范围从0.016 M⊙至20 M⊙，是目前针对年轻星协最完整的光谱确认IMF之一。
• 与同年龄星协（如NGC6611）中的测光IMF相比，基于光谱确认成员的IMF未显示出显著差异，支持了光谱普查的稳健性。
• 已确认成员的空间分布特征与棕矮星形成的纯弹射情景不一致，提示在该区域原位形成可能更为合理。
• 本调查的完整度达到0.016 M⊙（约16.5 MJup），对应本研究中已确认成员的最低质量极限。