[论文解读] The binary fraction in the globular cluster NGC 6397

D. Saul Davis, Harvey B. Richer+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2008

Stellar, planetary, and galactic studies被引用 37

一句话总结

利用哈勃空间望远镜ACS和WFPC2对NGC 6397的观测，作者测量了两个星团区域的双星分数：外场（1.3–2.8 R_hm）为0.012 ± 0.004，内场（<1 R_hm）为0.051 ± 0.010。基于N体模拟表明外场双星分数接近原始值，该研究推断NGC 6397的原始双星分数约为1%。

ABSTRACT

Using Hubble Space Telescope (HST) observations of the globular cluster NGC6397, we constrain the cluster's binary fraction. The observations consist of two fields: the primary science field, a single ACS pointing centered approximately 5' from the cluster center; and the parallel field, a single WFPC2 field centered on the cluster center. Using the exquisite photometric precision of these observations, we determine the binary fraction in these regions of the cluster by examining stars lying off the main sequence. The binary fraction is constrained to be 0.012 +/- 0.004 in the ACS field, and to be 0.051 +/- 0.010 in the WFPC field. N-body simulations by Hurley et al. (2007) suggest that the binary fraction remains nearly constant beyond the half-mass radius for the lifetime of the cluster. In the context of these simulations, our results suggest that NGC 6397 had a primordial binary fraction of only ~1%.

研究动机与目标

• 利用高精度哈勃空间望远镜测光，约束球状星团NGC 6397的现今双星分数。
• 确定外场双星分数是否如N体模拟所建议的那样，反映了星团的原始双星分数。
• 解决NGC 6397原始双星分数长期存在的不确定性，这对星团动力学演化建模至关重要。
• 评估双星系统在塑造蓝离散星和激变变星等恒星奇特天体形成与演化中的作用。

提出的方法

• 使用先进巡天相机（ACS）在距离星团中心约5′偏移的主要科学场获取高精度哈勃空间望远镜观测。
• 利用宽视场行星相机2（WFPC2）在中心对准星团核心的并行场中探测内区。
• 通过在颜色-星等图（CMDs）中检测偏离主序星的恒星来识别双星，其中双星比相同质量的单星显得更亮更红。
• 将CMD分布建模为双星分数的函数，以统计方法约束每个区域的双星种群。
• 应用Hurley等人（2007年）的N体模拟来解释观测到的双星分数，假设外场双星分数在星团寿命内几乎保持不变，并可代表原始值。
• 基于观测到的外场双星分数推断原始双星分数，假设在半质心半径之外的动力学演化可忽略。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 6397外区（半质心半径之外）的现今双星分数是多少？
• RQ2 星团核心区域的双星分数与外区相比如何？
• RQ3 基于N体模拟，观测到的外场双星分数能否作为星团原始双星分数的代理？
• RQ4 考虑到星团的动力学演化，观测到的双星分数对NGC 6397初始双星分数有何约束？

主要发现

• NGC 6397外场（1.3–2.8 R_hm）的双星分数为0.012 ± 0.004，表明星团外缘双星浓度极低。
• 内场（r < 1 R_hm）的双星分数显著更高，达0.051 ± 0.010，表明星团核心存在动力学增强。
• 基于Hurley等人（2007年）的N体模拟，外场双星分数预计在整个星团寿命内几乎保持不变，意味着其接近原始双星分数。
• 该研究推断NGC 6397的原始双星分数约为1%，与其它球状星团观测到的低值一致。
• 结果支持原始双星分数在银河系球状星团中普遍偏低的假设，这对实现精确的动力学建模至关重要。
• 研究结果与早期估计形成对比，凸显了高精度测光在解决原始双星分数长期不确定性中的重要性。