[论文解读] Spectrum and proper motion of a brown dwarf companion of the T Tauri star CoD-33 7795

R. Neuhäeuser, E. W. Guenther+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2000

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 3

一句话总结

该论文通过光谱分析（光谱型 M8.5–M9）和自行测量，确认 CoD-33°7795 B 为 T Tauri 恒星 CoD-33°7795 A 的物理棕矮星伴星。该伴星表现出强烈的 Hα 发射线和微弱的 Na I 吸收线，表明其为年轻天体；其自行与主星在 5σ 显著性水平下一致，质量估算为 15–40 M_Jup，使其成为首颗通过光谱和自行双重证据确认围绕主序前星运行的棕矮星伴星。

ABSTRACT

We present optical and infrared spectra as well as the proper motion of an H=12 mag object 2" off the ~5 mag brighter spectroscopic binary star CoD-33 7795 (=TWA-5), a member of the TW Hya association of T Tauri stars at ~55 pc. It was suggested as companion candidate by Lowrance et al. (1999) and Webb et al. (1999), but neither a spectrum nor the proper motion of the faint object were available before. Our spectra taken with FORS2 and ISAAC at the ESO-VLT reveal that the companion candidate has spectral type M8.5 to M9. It shows strong H-alpha emission and weak Na I absorption, both indicative of a young age. The faint object is clearly detected and resolved in our optical and infrared images, with a FWHM of 0.18" in the FORS2 image. The faint object's proper motion, based on two year epoch difference, is consistent with the proper motion of CoD-33 7795 by 5 Gaussian sigma significance. From three different theoretical pre-main sequence models, we estimate the companion mass to be between ~15 and 40 M_jup, assuming the distance and age of the primary. A slight offset between the VLT and HST images with an epoch difference of two years can be interpreted as orbital motion. The probability for chance alignment of such a late-type object that close to CoD-33 7795 with the correct proper motion is below 7e-9. Hence, the faint object is physically associated with CoD-33 7795, the 4th brown dwarf companion around a normal star confirmed by both spectrum and proper motion, the first around a pre-main sequence star.

研究动机与目标

• 确认位于 T Tauri 恒星 CoD-33°7795 A 附近的暗弱伴星候选体 CoD-33°7795 B 的物理关联性。
• 利用光学和红外光谱确定该伴星的光谱型及其固有性质。
• 测量该伴星的自行，并评估其与主星的共动性。
• 利用理论主序前星模型和其观测到的星等与光谱型估算其质量。
• 评估偶然对齐的概率并排除场星污染的可能性。

提出的方法

• 使用 VLT Kueyen 望远镜上的 FORS2 获取 CoD-33°7795 B 的光学光谱（R ≈ 680，6000–9000 Å）。
• 使用 VLT 上的 ISAAC 获得 H 波段光谱（R ≈ 500），用于光谱分类和重力指标分析。
• 利用两 epoch 的 VLT（2000 年）和 HST（1999.8 年）图像进行自行测量，基线为 2 年。
• 将光谱指数（Hα、Na I）与标准 M 型矮星比较，以确定光谱型和年轻指标。
• 应用理论主序前星模型（Baraffe et al. 1998，Burrows et al. 1997，Chabrier et al. 2000）根据光度和温度估算质量。
• 利用 T Tauri 恒星和晚型矮星在主星 1.96" 范围内的空间密度，计算偶然对齐的概率。

实验结果

研究问题

• RQ1 暗弱天体 CoD-33°7795 B 是否与 T Tauri 恒星 CoD-33°7795 A 存在物理关联，还是仅为偶然对齐？
• RQ2 基于其光谱，CoD-33°7795 B 的光谱型及其固有性质（如重力、年龄）为何？
• RQ3 CoD-33°7795 B 的自行是否与主星一致，表明其为物理双星系统？
• RQ4 CoD-33°7795 B 的质量是多少？是否低于氢燃烧极限，从而被认定为棕矮星？
• RQ5 能否从 HST 与 VLT 图像之间的位置偏移中检测到轨道运动？这对系统的动力学特性有何含义？

主要发现

• 伴星 CoD-33°7795 B 的光谱型为 M8.5 至 M9，由光学和红外光谱确认。
• 强烈的 Hα 发射线（等效宽度 ~20 Å）和微弱的 Na I 吸收线表明其重力较低且为年轻天体，与主序前演化一致。
• CoD-33°7795 B 的自行与主星 CoD-33°7795 A 在 5σ 显著性水平下一致，证实其共动性。
• 偶然对齐的概率小于 7×10⁻⁹，强烈支持其物理关联性。
• CoD-33°7795 B 的质量估算为 15–40 M_Jup，最佳估计值为 20–30 M_Jup（取决于模型），确认其为棕矮星。
• HST 与 VLT 图像在 2 年时间基线上存在 0.054" 的西向偏移，提示可能存在轨道运动，但尚未得到证实。