[论文解读] The Brown Dwarf Kinematics Project (BDKP). II. Details on Nine Wide Common Proper Motion Very Low-Mass Companions to Nearby Stars

Jacqueline K. Faherty, Adam J. Burgasser+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 2009

Stellar, planetary, and galactic studies参考文献 205被引用 118

一句话总结

本文报告了九个围绕邻近恒星的非常低质量伴星（M、L 或 T 型矮星）的宽距共同自行系统，其中识别出三个新系统。通过主星和伴星的年龄诊断，确认了年龄受约束的基准系统——特别是 0.5–1.5 Gyr 的 M3+T6.5 对，以及年龄更老的 M4+L0 对（具有次星的 Hα 活动）——同时揭示了年龄估计值之间的差异，挑战了当前对低质量恒星和棕矮星演化的模型。

ABSTRACT

We report on nine wide common proper motion systems containing late-type M, L, or T companions. We confirm six previously reported companions, and identify three new systems. The ages of these systems are determined using diagnostics for both stellar primaries and low--mass secondaries and masses for the secondaries are inferred using evolutionary models. Of our three new discoveries, the M3+T6.5 pair G 204-39 and SDSS J1758+4633 has an age constrained to 0.5-1.5 Gyr making the secondary a potentially useful brown dwarf benchmark. The G5+L4 pair G 200-28 and SDSS J1416+5006 has a projected separation of ~25,000 AU making it one of the widest and lowest binding energy systems known to date. The system containing NLTT 2274 and SDSS J0041+1341 is an older M4+L0 (>4.5 Gyr) pair which shows Halpha activity in the secondary but not the primary making it a useful tracer of age/mass/activity trends. We find a resolved binary frequency for widely-separated (> 100 AU) low--mass companions (i.e. at least a triple system) which is at least twice the frequency found for the field ultracool dwarf population. The ratio of triples to binaries and quadruples to binaries is also high for this sample: 3:5 and 1:4, respectively, compared to 8-parsec sample values of 1:4 and 1:26. The additional components in these wide companion systems indicates a formation mechanism that requires a third or fourth component to maintain gravitational stability or facilitate the exchange of angular momentum. The binding energies for the nine multiples discussed in this text are among the lowest known for wide low-mass systems, suggesting that weakly bound, low--to--intermediate mass (0.2M_sun < M_tot <1.0M_sun) multiples can form and survive to exist in the field (1-8 Gyr).

研究动机与目标

• 识别并表征围绕邻近恒星的宽距共同自行系统中非常低质量伴星。
• 利用主星和超酷矮星的多种诊断方法，确定这些系统的年龄。
• 通过比较不同方法的结果，评估低质量恒星和棕矮星年龄指标的可靠性。
• 研究宽距低质量系统的多重性频率和结合能分布，以约束其形成机制。

提出的方法

• 以共同自行作为主要标准，在大范围天空区域中识别共动系统。
• 结合来自多个巡天项目（Hipparcos、LSPM-N、2MASS、SDSS）的天体测量和光度数据，识别候选伴星。
• 利用 SMARTS、KPNO、MagE 和 SpeX 望远镜进行光谱后续观测，以确定光谱型、径向速度和活动指标（Hα、Li I）。
• 测量总辐射光度并从近红外光度推导出 log(Lbol)。
• 应用年龄诊断方法，利用 R′HK、Hα 等效宽度和 Li I 吸收线，估算两个组分的年龄。
• 基于年龄和光度，利用演化模型推断伴星的质量。

实验结果

研究问题

• RQ1 包含非常低质量伴星的宽距共同自行系统的年龄是多少？主星与棕矮星伴星的年龄如何比较？
• RQ2 这些系统能否作为校准超酷矮星年龄、质量与大气模型的基准系统？
• RQ3 为何某些系统在主星与伴星之间显示出显著的年龄估计差异？这对当前年龄诊断方法有何启示？
• RQ4 在低质量伴星中，宽距多合星系统（三合星、四合星）的频率是多少？与场星体群体相比如何？
• RQ5 这些宽距系统的结合能是多少？它们对形成机制和动力学稳定性有何启示？

主要发现

• M3+T6.5 对 G 204-39 和 SDSS J1758+4633 的年龄被约束在 0.5–1.5 Gyr 之间，使其成为 T 型棕矮星的重要基准系统。
• G5+L4 对 G 200-28 和 SDSS J1416+5006 的投影分离距离约为 25,000 AU，其结合能为目前已知最低之一，表明这是一个弱束缚系统。
• M4+L0 对 NLTT 2274 和 SDSS J0041+1341 的年龄超过 4.5 Gyr，次星表现出 Hα 辐射但主星没有，表明其是年龄-质量-活动关系的有用示踪指标。
• 三个系统在主星与伴星之间显示出显著的年龄估计差异，提示当前对低质量恒星和棕矮星的年龄诊断可能存在不足。
• 在 100 AU 以外的伴星中，分辨双星的频率至少是场超酷矮星群体的两倍，三元对双星和四元对双星的比例分别为 3:5 和 1:4，远高于 8 pc 样本（分别为 1:4 和 1:26）。
• 这九个系统的总质量范围为 0.2 至 1.0 M⊙，其结合能为目前已知最弱的宽距低质量系统之一，表明此类弱束缚系统可在 1–8 Gyr 内在场中形成并长期存在。